基于分布活化能模型法的农林生物质热解动力学对比研究

采用热重质谱（TG-MS）联用技术,考察杏壳、小麦秸秆与杨树木屑等典型农林生物质的热解行为及动力学。结果表明,组分差异使得三种生物质在主要反应区间内（200–450℃）表现出不同的特征。采用等转化率法计算发现,杏壳平均活化能为188.22 kJ/mol,秸秆平均活化能为220.77 kJ/mol,木屑平均活化能为175.87 kJ/mol。利用分布活化能模型（DAEM）法计算生物质中各组分的平均活化能,发现三种生物质中存在平均活化能较高的第四组分（杏壳297.44 kJ/mol、秸秆284.35 kJ/mol和木屑309.96 kJ/mol）,而半纤维素与纤维素呈现“秸秆<杏壳<木屑”规律。各类动力学计算方法能够互为补充,等转化率方法的整体计算结果与单组分分布活化能模型法结果接近,方法更简便,而分布活化能模型法可以求得原料不同组分的动力学参数,弥补等转化率法的不足,综合使用可以形成对热解反应更为全面的认识。     

柳树河油页岩微波干燥及其对热解特性的影响

在对家用微波炉改造基础上搭建了微波干燥实验台,研究了柳树河油页岩微波干燥特性及对热解特性的影响。结果表明,微波干燥所需的时间为传统干燥所需时间的20%;微波干燥速率要明显大于传统干燥速率;Page模型适用于描写柳树河油页岩微波干燥过程。微波干燥的油页岩同热风干燥后及原样油页岩的热解活化能随转化率的变化曲线基本一致,整体呈先上升后下降的趋势,在转化率为0.7时达到最大值;热解活化能在80~200 kJ/mol变动;微波干燥油页岩热解反应有机质分解段的活化能增加。     

柳树河油页岩微波干燥及其对热解特性的影响

在对家用微波炉改造基础上搭建了微波干燥实验台,研究了柳树河油页岩微波干燥特性及对热解特性的影响。结果表明,微波干燥所需的时间为传统干燥所需时间的20%;微波干燥速率要明显大于传统干燥速率;Page模型适用于描写柳树河油页岩微波干燥过程。微波干燥的油页岩同热风干燥后及原样油页岩的热解活化能随转化率的变化曲线基本一致,整体呈先上升后下降的趋势,在转化率为0.7时达到最大值;热解活化能在80~200 kJ/mol变动;微波干燥油页岩热解反应有机质分解段的活化能增加。     

生物质热反应机理与活化能确定方法Ⅰ.干燥段研究

干燥段是生物质热解的第一个过程.采用热分析仪研究了杉木木屑干燥段质量和热量的变化,推导了非等温干燥动力学模型,探讨了热质传输机理.结果表明,随着温度的升高,木屑含湿量迅速下降,80℃左右出现一个明显的失重峰;非等温干燥动力学Page模型能很好地模拟木屑干燥过程,木屑干燥活化能为12.6 kJ/mol;水分传输与热量传递...     

碱及碱土金属对准东煤热解特性及动力学影响分析

利用程序升温热重(TG)技术对准东原煤(R-form)和酸洗煤(H-form)样品的热解过程进行了研究,同时,采用分布活化能模型(DAEM)法对两者的热解动力学参数进行了计算。结果表明,准东煤在热解过程中保持了丰富的孔隙结构;碱及碱土金属(AAEM)的存在不会对准东煤大分子网络结构造成显著影响,但会提高准东煤的平衡水分含量及二次脱气阶段挥发分释放速率,降低其主热解阶段挥发分释放速率及热解最终失重率;DAEM法可以在较宽的温度范围内对准东煤的热解过程进行准确的描述,R-form和H-form煤样品的热解活化能均随转化率的增大而升高;相同转化率下R-form煤样品的活化能高于H-form,前者活化能分布函数的最大值出现在261.85kJ/mol处,而后者出现在264.51kJ/mol处;AAEM的存在使准东煤的热解活化能升高且分布更加集中,使其热解反应活性降低;准东煤热解的频率因子与活化能之间呈现明显的动力学补偿效应。     

高碳转化率下热解神府煤焦CO2高温气化反应性

用热天平等温热重法研究了6种不同热解速率和热解终温的神府煤焦在反应温度1200℃～1400℃的CO2气化反应性。研究了高碳转化率下，反应温度、热解终温和热解速率对快速和慢速热解焦高温反应性的影响。结果表明，快速热解焦比慢速热解焦的反应性好；随气化温度的提高，煤焦反应性的总体趋势增强，反应温度1300℃～1400℃时，3种快速热解焦的反应速率出现重叠；碳转化率为90%～98%时，慢速和快速热解焦的平均表观活化能为59.64kJ/mol～105.92kJ/mol和34.47kJ/mol～40.87kJ/mol，且气化反应以扩散控制步骤为主。     

原煤和黑液水煤浆燃烧特性的热分析对比研究

在热天平上进行黑液水煤浆和原煤的燃烧、热解实验，得到不同升温速率下的燃烧、热解特性曲线和碳转化率特征曲线。试验结果表明，黑液水煤浆中的钠及其化合物在燃烧过程中催化作用明显，并且黑液中有机物成分对燃烧起到一定促进作用。在20 ℃/min升温速率下黑液水煤浆和原煤的燃烧活化能分别为12.98 kJ/mol和106.59 kJ/mol，反映出黑液水煤浆比原煤有更好的着火特性。     

Ce_2O_3对APP-PER-MA膨胀阻燃体系热解过程的协效作用

采用热重分析和红外光谱技术研究了氧化铈(Ce2O3)对以聚磷酸铵(APP)为酸源、季戊四醇(PER)为炭源、蜜胺(MA)为气源的经典膨胀型阻燃剂(IFR)热分解性能的影响。结果表明,300～400℃时Ce2O3的存在加快了体系的分解和无机酸的生成速度,改变了IFR热解发生的时间,但是并没有从根本上改变热解过程;Ce2O3的添加使IFR阻燃剂第一阶段的热解活化能由65.73kJ/mol提高至73.47kJ/mol,第二、三、四阶段的热解活化能分别由167.46、135.13、141.34kJ/mol降低至85.25、96.08、58.18kJ/mol,并对IFR分解各阶段残留量有很大影响。     

不同植物纤维的热解和燃烧特性研究

本研究采用不等温热重法研究六种纤维（针叶、阔叶、竹、亚麻、草和棉）在N₂和空气气氛下的热解和燃烧特性,并采用Friedman法对其进行动力学分析。结果表明,纤维不同的热解和燃烧特性参数与其自身结构组成有关。纤维在热解和燃烧过程中,其挥发分析出温度Ts、终止温度Th、DTG峰温T_max、固定碳燃烧峰温、最大质量损失速率、热解指数P和燃烧指数S均随着升温速率的增加而增加;在N₂气氛下,亚麻纤维T_max最大,竹纤维T_max最小,棉纤维的T_s最大,草纤维的最大热解质量损失速率-（dm/dt）_max、热解指数P和燃烧指数S均最小;在转化率为0.05-0.85条件下,阔叶纤维平均表观活化能最小（173.3 kJ/mol）,竹纤的最大（201.10 kJ/mol）。在空气气氛下,所有纤维的热解过程的T_max均低于N₂条件下,在转化率为0.05-0.65时,纤维在空气中热解的表观活化能E_α     

生物质秸秆热重分析及几种动力学模型结果比较

利用热重分析在不同升温速率和氮气气氛下对两种生物质（玉米秸秆和稻秆）的热失重行为进行了研究。根据热重实验数据，采用四种利用热分析获取动力学参数的方法（Coats-Redfern法，Doyle法，最大速率法和分布活化能模型(DAEM)），计算生物质秸秆热分解反应活化能E、反应级数n及频率因子A，并进行比较。结果表明，采用不同的处理方法，得出的热分解动力学参数不同。利用Coats-Redfern法，玉米秸秆和稻秆在热解主要阶段（失重约5 w%～80 w%时）可由一段一级反应过程描述，升温速率10 K/min时活化能值分别为68.8 kJ/mol和70.0 kJ/mol。Doyle法和DAEM模型得到的结果较为接近，可以得到生物质热解过程中的活化能随失重率的变化曲线。生物质秸秆热解包含分子键能断裂的一系列复杂、连续反应过程。     

生物油重质组分模型物热解行为及其动力学研究

采用TG-FT-IR在非等温条件下对生物油重质组分酚、醛和糖类模型代表物(丁香酚、香草醛、左旋葡聚糖)进行热解特性及其热解动力学分析。TG-DTG曲线和FT-IR测试数据显示,重质组分模型物热解的先后次序是酚类、醛类、糖类物质。香草醛、丁香酚均为一个主热解阶段,主要产物为水、烷烯烃、CO₂、CO和小分子酚、芳香醛。左旋葡聚糖热解分两阶段进行,热解发生在较高温区(180~370℃),主要热解产物有CO₂、烷烯烃、醛、酮和环醚,少量的CO和水。混合物热解分为三个阶段,产物与单一模型物热解产物相似,但有少量缩醛低聚物。对比单一组分,混合物中羰基和羟基组分在较高温区(≥300℃)存在相互作用,生成难分解的缩聚物。其中,糖类是影响重质组分热解速率的主要物质。根据热重数据对热解各阶段进行动力学拟合,确定了模型物热解反应动力学三因素。平均表观活化能和反应级数分别为:E_{左旋葡聚糖}第一、第二阶段分别为115.80 kJ/mol(0.5级)、141.19 kJ/mol(2/3级); E_混合物第一阶段为54.46 kJ/mol(1级)、第二阶段为50.67 kJ/mol(2/5级); E_丁香酚为42.29 kJ/mol(0.7级); E_香草醛为36.53 kJ/mol(0.95级)。     

油棕废弃物热解的TG-FTIR分析

利用热重分析(TGA)和傅里叶红外光谱(FTIR)联用技术对油棕废弃物的热解特性及其气体产物的释放特性进行了研究，采用一级反应计算了油棕废弃物的热解动力学参数。研究表明，油棕废弃物较易于热解，失重集中在220℃～400℃，其热解活化能较小，约为60kJ/mol；气体产物的析出与生物质的热解失重有着相似的特性，气体产物主要在200℃～400℃析出，主要成分为H2O、CO2、CO、CH4和有机碳水化合物的混合物, 其中CO2和有机混合物的析出温度较低，而CO和CH4的析出温度相对较高。随着温度的进一步升高(>400℃)，除少量的CO2和CO外，无其他气体产物析出。气体产物的析出量与生物质样品的化学组成和结构有关，CO2和有机混合物的析出与生物质的热解失重曲线(DTG)有着相似的特性，是引起油棕废弃物热解失重的主要原因。     

棕榈壳酶解-温和酸解木质素的结构及热解特性研究

采用酶解/温和酸解法提取了棕榈壳和麦秆的木质素(EMALs),利用傅里叶红外光谱(FT-IR)、裂解器-气相色谱质谱联用(Py-GC/MS)和热重-红外联用(TG-FTIR)技术,对两种EMALs的化学结构和热解特性进行了对比研究,并采用Ozaw a-Flynn-Wall方法计算了其热解反应的活化能。结果表明,棕榈壳EM AL和麦秆EM AL均为HGS型木质素。500℃下,两种EMALs的热解产物主要包括酚类、酸类和少量的醇类、醛酮类等化合物;棕榈壳EMAL热解酚类产物中H、G、S型单体酚类的比例分别为47.61%、25.64%和17.18%,而麦秆EMAL分别为23.66%、51.90%和15.50%。在热解反应主失重区(200-380℃),棕榈壳EM AL的主失重速率(50.80%/min)低于麦秆EM AL(78.63%/min);但棕榈壳EM AL热解同时存在肩状失重峰(265℃,27.40%/min),这与其较多H结构产物的释放相关。H型结构产物释放的放热效应降低了棕榈壳EMAL热解初期的活化能(20%,127.92 k J/mol),同时使其热解过程(20%-80%)的平均活化能(152.32 k J/mol)低于麦秆EMAL(161.75 k J/mol)。     

玉米芯热解及过程分析

研究了农业废弃物玉米芯热解过程中气、液、固三相产率与裂解温度的关系；气相组成、液相组成与温度的关系，以及热解过程的机理。实验表明，在350℃～400℃，气相成分主要是CO2、CO所占比率为95%;随着温度的升高，H2、C2H4、CH4等气体的比率逐渐增高，CO、CO2的体积分数在逐渐降低。在450℃～500℃，CO、H2所占的比率达50%。GCMS，IR分析表明，裂解过程产生的液体主要是由含氧的化合物酚、呋喃及其衍生物组成；低温有利于酚类质量分数的增加，高温有利于4-乙基-2-甲氧基-苯酚、2-甲基-苯酚的增加；采用TGA分析，建立了热解过程的动力学方程，得到了热解过程的反应机理，即热解过程有两个分解阶段，在不同温度段具有不同的反应规律。在211℃～290℃具有三级反应的特征，其活化能为121.4kJ·mol－1；在290℃～418℃表现为0.5级反应的特征，其活化能为105.7kJ·mol－1。     

聚氯乙烯的热解特性和热解动力学研究

随着聚氯乙烯的大量使用,聚氯乙烯在总固体废弃物中占的比例愈来愈高,成为固体废弃物中的重要组分.如何科学、合理、有效地妥善解决聚氯乙烯问题是当前一项急待解决的重要课题.……     

玉米秸热解动力学研究

生物质能具有低硫和二氧化碳零排放的特点，其在能源结构中的地位越来越重要。作为一种高效生物质能转化途径，热化学转化可获得气、液和固态多种能源产物。其中，热解是热化学转化中最为基本的过程，是气化、液化及燃烧过程的初始和伴生反应，对热解的分析有助于热化学转化过程控制及高效转化工艺的开发。热解动力学是表征热解过程中反应过程参数对原料转化率影响的重要手段，通过动力学分析可深入了解反应过程和机理，预测反应速率及难易程度，为生物质热化学转化工艺的研究开发提供重要的基础数据。国外对纤维素热解动力学已进行了一些研究，但生物质作为纤维素、半纤维素、木质素等的复杂聚合物，其热解行为与单纯纤维素差别较大。因此本文的热解研究集中在玉米秸这种常见的软质秸秆类生物质原料。     

原油中有机硫化物成因的硫酸盐热化学还原反应模拟研究

原油中部分有机硫化物来源于硫酸盐热化学还原反应。利用高压釜在高温高压含水条件下对正戊烷 硫酸镁反应体系进行了热模拟实验研究。通过气相色谱仪、微库仑仪、毛细管气相色谱/脉冲火焰光度检测器、红外光谱仪及X射线衍射仪,对气、油、固三相产物进行了分析。结果表明,硫酸盐热化学还原反应在425℃~525℃可以进行,主要生成氧化镁、炭、硫化氢、二氧化碳以及硫醇、硫醚和噻吩类等有机硫化物。根据动力学模型计算出该反应活化能为58.0kJ/mol。     

煤燃烧过程中氟析出特性与生成机理

通过建立的固定床管式炉煤燃烧氟析出试验装置，研究了煤燃烧过程中气态氟的排放特性，并根据燃煤氟析出等温动力学实验建立了气态氟生成动力学模型。结果表明：氟析出率随燃烧温度的升高而逐渐增加，煤中氟在300 ℃～400 ℃开始析出，500 ℃～1 100 ℃为主要析出温度范围；氟析出率随煤在炉内停留时间的增加而增加，但前5 min为主要析出阶段；炉内还原性气氛对氟析出有一定的影响；氟析出率与煤中氟赋存形态和含氟量有关。燃煤过程中氟析出过程可用一级反应动力学描述，反应活化能E和频率因子A依赖于煤中氟的赋存形态和氟化物的热稳定性。不同煤种E为28.0 kJ·mol－1～65.1 kJ·mol－1，A为12.5 min－1～46.0 min－1。