烟煤与生物质快速共热解产物特性分析

研究了烟煤(YL)分别与富含半纤维素的玉米芯(CB)和富含木质素的松木屑(SD)快速共热解产物产率和气体组成的变化规律。结果表明,烟煤与生物质共热解组分互相作用,造成共热解气、液、固相产率和气体组成的明显变化,且与生物质种类有关。相对于独立热解过程,玉米芯丰富的半纤维素造成热解水蒸气和CO₂浓度较高,且玉米芯中富含的K元素挥发迁移至煤焦表面,对热解半焦与水蒸气、CO₂的气化反应起到催化作用,反应生成的H₂和富氢组分易与热解生成的自由基结合,抑制自由基之间的缩聚反应,使得共热解气体和液体产率增加,而半焦产率减小。烟煤/松木屑共热解过程中,松木屑中富含的Ca元素在煤焦表面迁移,促进了松木屑热解液体在半焦表面裂解反应,生成CO₂、CO和富氢自由基等轻质组分,造成共热解半焦和液体产率降低而气体产率增加。热解产物半焦、焦油、水蒸气、CO₂之间的气化和裂解反应均产生富氢的次生组分,从而提高了共热解气体中CO和烃类气体产率,降低了H₂产率。     

聚氯乙烯热降解过程中HCl脱除机理的理论研究

使用B3LYP/6-311++G(d,p)方法对聚氯乙烯(PVC)几种可能模型化合物在热降解过程中HCl的脱除机理进行了理论计算.计算结果表明:PVC在第一阶段热降解过程中脱氯形成HCl时主要进行的是协同反应;缺陷结构的支链(如—CH_2CH_2Cl,—CHClCH_3和—CH_3)能显著降低邻近碳位脱除HCl的反应能垒;热降解产物HCl对热降解反应有催化作用;更为显著的是脱除HCl之后形成的氯丙烯基■—CHCl—)能降低HCl形成的反应能垒,而氯丁烯基■—CHCl—)对HCl的脱除几乎没有影响.     

钾元素对生物质主要组分热解特性的影响

采用热重-红外联用仪对松木及生物质主要化学组分半纤维素、纤维素、木质素的热解特性及钾元素对其热解特性的影响进行了研究.结果表明,半纤维素、纤维素、木质素发生热解的主要温度分别为200~350 ℃、300~365 ℃和200~600 ℃;半纤维热解产物中CO、CO₂较多;纤维素热解产物中LG和醛酮类化合物最多;木质素热解主要形成固体产物,气体中CH₄相对含量较高.三种组分共热解过程中发生相互作用使热解温度提高、固体产物增加,气体中CO增加而CH₄减少.添加K₂CO₃后半纤维素和纤维素热解温度区间向低温方向移动,固体产率提高.K对纤维素作用最明显,CO、CO₂气体与固体产物产率明显增加,醛酮类和酸类物质的产率降低;木质素受K影响相对较小,热解固体产物略有增加,挥发分中H₂O和羰基物质增加;三组分共热解减弱了钾元素的催化作用.     

Al(OH)3和Mg(OH)2对PVC热解特性的影响研究

利用热重分析仪并借助电导率测定法探讨了Al(OH)3和Mg(OH)2对PVC热解特性的影响,简要分析了其机理。结果表明:加入Al(OH)3和Mg(OH)2后均能增加PVC体系在第一阶段的最大热解速率和残炭量,最大热解速率增加约1倍,残炭量增加约4倍。并且分解产生的结晶水吸收大量的热量,惰性金属氧化物也有利于成核、炭层生长和凝聚,有着明显的阻燃和抑烟作用。HCl毒性气体的释放主要集中在体系的第一阶段,Al(OH)3能促使HCl提前释放,HCl的释放总量增加,Mg(OH)2也能促使HCl提前释放,但HCl的释放总量却是减少的。     

硝酸酯键断裂触发的含能增塑剂DNTN多阶热分解机理

采用反应分子动力学模拟、固相原位红外测试和同步热分析-红外-质谱联用技术相结合的方法对2,3-二羟甲基-2,3-二硝基-1,4-丁二醇四硝酸酯(DNTN)的热分解过程进行了研究,分析了其热分解气体产物和固相产物,阐明了其热分解机理.结果表明,DNTN的分解分为3个阶段:第一阶段为诱导分解阶段,温度区间为127～147℃,DNTN发生部分O—N键的断裂,释放少量的NO₂气体;第二阶段在147～220℃之间,DNTN快速分解,发生硝基基团脱去和季碳骨架的分解,并且伴随小环结构的生成和裂解,释放大量的NO₂和CO₂等气体,同时放出大量的热;第三阶段为240～350℃,DNTN剩余固态产物在高温下热解,释放少量的CO₂,并且在300℃后剩余的固相物质会进一步反应生成氰基.     

共热解过程对褐煤焦和生物质焦氧化特性的影响

以锡盟褐煤和玉米秸秆为原料,利用固定床程序升温热解的方法制备了褐煤焦、生物质焦以及褐煤和生物质不同混合比例的共热解焦样,并进行了孔结构和化学结构的表征以及其灰成分分析。采用等温热重法在450 ℃下考察褐煤焦和生物质焦的混合样与其相同比例的共热解焦样的氧化活性,对比分析共热解过程对焦样反应活性的影响。实验结果表明,共热解过程中的二次反应对焦样结构有着明显的影响,进一步导致其反应活性下降。尤其是生物质添加量低于50%时,由于共热解过程生物质中大量挥发分的释放增强了其与半焦的二次反应,促使新生焦中部分小于五环的有机结构向更大的结构转化。但生物质添加量大于50%时,生物质焦的反应活性起主导作用,焦样中碱金属和碱土金属催化作用较明显,特别是钾的影响,使得共热解过程中挥发分与半焦的二次反应对其结构及反应性的影响减弱。     

纤维素与草酸的慢速和快速共热解反应特性研究

本研究利用热重-傅里叶变换红外光谱和卧式固定床热解反应装置，探究了纤维素与草酸的慢速和快速共热解反应特性。慢速共热解的失重曲线包括草酸分解和纤维素分解两个阶段，由于草酸与纤维素分解不同步，草酸主要通过其分解形成的挥发分影响纤维素的分解，且影响并不明显。而在快速共热解中，草酸与纤维素同步热解，原料及挥发分之间有着充分的交互反应，因此，草酸对纤维素的三相热解产物具有显著影响。相比于纤维素单独快速热解，快速共热解形成的生物油中左旋葡聚糖、左旋葡萄糖酮含量减少，1,4∶3,6-二脱水-α-D-吡喃葡萄糖含量显著提高；热解气中CO减少，CO₂增多；此外，纤维素分解更为彻底，热解炭具有更高的芳香化程度。     

黑液与石油焦共热解及其产物特性研究

运用热重-红外联用(TGA-FTIR)和扫描电镜(SEM)对黑液与石油焦的共热解过程进行了实验研究,考察了两者在共热解过程中的热失重、挥发性组分释放及固体产物表面形貌特性;同时运用热重(TGA)探究了热解固体产物黑液半焦和石油焦的CO2共气化反应特性。结果表明,在黑液与石油焦共热解过程中,温度低于600℃时,两者的热解相互独立;温度达到600℃之后,相对于黑液和石油焦单独热解的加权平均值,挥发性气体产物CO2和CO的释放峰值温度向低温区移动,失重特性也随之发生变化;800℃下的共热解固体产物表面产生新的形态特征,黑液的烧结得到抑制;850℃下的黑液半焦与石油焦CO2共气化实验表明,两者在共气化过程中存在协同效应,各自的碳转化率和气化速率明显提高,整体碳转化率提高了51.27%,气化反应速率最大值增大了两倍。     

松木屑与褐煤共气化的TG-FTIR实验研究

利用TG-FTIR对松木屑、褐煤及其混合物的共气化过程及气化产物进行了分析,研究了掺混比例、升温速率以及反应气氛对共气化过程的影响。结果表明,松木屑加入后提高了试样的反应活性,随松木屑比例增加,气化失重速率逐渐降低,CO的开始析出温度及析出峰面积ACO呈降低趋势;较低的升温速率有利于CO和CH4的析出,随着升温速率的增加,DTG曲线向高温侧移动,最大失重速率显著增加,褐煤热解对应的峰逐渐消失;CO2气氛对挥发分析出阶段的失重行为影响不明显;空气气氛时挥发分析出阶段的两个失重峰分别对应挥发分的燃烧和固定碳燃烧,该气氛下没有明显的焦炭气化阶段。     

利用固体超强酸催化热解纤维素制备左旋葡萄糖酮

提出了一种纤维素催化热解制备左旋葡萄糖酮（LGO）的方法。通过Py-GC/MS实验,研究了纯纤维素快速热解的产物分布,以及热解温度、热解时间对纤维素生成LGO的影响;将固体超强酸（SO₄²-/TiO₂和SO₄²-/ZrO₂）和纤维素按1∶1的质量比机械混合后进行快速热解,考察了固体超强酸的催化对热解产物的影响。结果表明,纯纤维素快速热解时,主要在低温和中温的过渡温度区域内,同时发生脱水和解聚反应形成LGO;在固体超强酸的催化作用下,明显促进了LGO的形成,相对质量分数最高达60%以上。