神木煤与不同黏结煤共热解交互作用规律的研究

利用程序升温热天平研究了神木煤（SMC）分别与气煤（QM）、肥煤（FM）、焦煤（JM）不同比例配合后的共热解交互作用规律,通过分布活化能模型（DAEM）对配合煤的热解动力学进行了考察。结果表明,随着SMC配入比例的增加,配合煤水分集中释放的速率增大,挥发分释放速率峰对应的温度t_max降低,配合煤在塑性固化温度后（>460-480 ℃）的热解过程中抑制作用减弱,表明配合煤黏结性降低。随着升温速率增加,配合煤热解抑制作用增强,表明配合煤黏结性提高。随着黏结煤变质程度加深（QM、FM、JM）,配合煤共热解发生促进作用（促进挥发分释放）的温度分别低于、介于、高于黏结煤塑性温度区间,因此,对缓解胶质体膨胀压力及改善胶质体分散性的作用逐渐降低。通过分布热解活化能实验值与理论值的比较,证实了配煤共热解过程中的交互作用规律。     

生物质热反应机理与活化能确定方法Ⅱ.热解段研究

在热重分析仪上研究了杉木木屑在不同升温速率下的热解过程,利用DAEM模型探讨了热解活化能随转化率的变化规律,采用傅里叶红外光谱仪分析了热解温度对木屑热解固体产物半焦有机结构的影响.结果表明,木屑慢速热解过程可分为干燥、过渡、热解和碳化段;热解段活化能为103 kJ/mol～179 kJ/mol,随转化率的升高而变化;温...     

DAEM模型研究大同煤及其半焦的气化动力学

用热重法对大同煤及其在不同温度下所得的半焦在空气气氛中的气化行为进行了考察 ,并用分布活化能模型 (DAEM)对气化过程的动力学进行了解析 ,发现随着半焦中挥发分含量的减少 ,描述反应速率的Arrhenius曲线斜率逐渐接近于常数 ,即大同煤在高温区的Arrhenius曲线斜率。另外 ,通过不同煤种的对比气化实验 ,由DAEM模型所得的活化能分布曲线表明 ,当煤或半焦中挥发分量较高时 ,反应初期的活化能值变化规律不同于挥发分含量很少的半焦 ,挥发分含量越高 ,反应初期活化能的下降幅度越大。     

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。     

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。     

应用分布活化能模型分析伊敏褐煤丝炭腐植酸热解及氢气生成动力学

应用开放体系的热重-质谱(TG-MS)联用技术在5、20和50℃·min-1三个升温速率下对伊敏褐煤丝炭腐植酸(F-HA)和脱灰丝炭腐植酸(DF-HA)的热解行为进行了分析,并利用分布活化能模型(DAEM)分别对其热解和氢气生成动力学进行分析,获得了热解过程和氢气生成的活化能分布函数.结果表明:(1)F-HA热解活化能分布函数呈类Gaussian分布,且具有一定的对称性,主峰位与标准Gaussian分布相一致;DF-HA热解活化能分布函数也呈类Gaussian分布形式,主峰位与Gaussian分布相比,偏向低活化能值.根据转化率与温度、活化能的关系,结合腐植酸的热失重特征,将F-HA热解过程划分为四个阶段,DF-HA热解过程划分为五个阶段,并对腐植酸热解过程中各阶段的化学反应进行了详细讨论.(2)F-HA和DF-HA热解氢气生成活化能分布函数均呈类Gaussian分布,热解氢气生成活化能的整体趋势为随着转化率的升高而增加,但也表现出一定的阶段集中分布特征.根据热解氢气生成的动力学特征,将其生成过程划分为五个阶段,反映了其生成的不同化学反应机制.(3)酸洗脱灰对伊敏丝炭提取出的HA的热解行为、热解过程及热解氢气生成动力学产生了影响.     

低阶烟煤热解过程中氯的迁移释放特性研究

为探明氯元素在低阶烟煤热解过程中的释放机制行为,采用热重红外光谱质谱(TG-IR-MS)联用技术和管式热解炉,考察热解温度、粒径等级、升温速率对陕北低阶烟煤热解过程中氯的迁移转化行为特性的影响,并建立氯迁移释放动力学模型。红外光谱和质谱分析结果表明,陕北低阶烟煤热解气体产物中含氯组分主要为HCl和微量的Cl_2。管式炉热解过程中,相比于粒径和升温速率而言,氯的释放率受温度影响最为显著。在300-800℃,随着温度升高,煤中氯的释放率迅速增大,800℃时氯的释放率为49.5%;半焦中氯的分布率逐渐减小,焦油和热解气中氯的分布率逐渐增大。煤样粒径为3.0-4.0 mm时,氯的释放率达到最大值35.8%;粒径的变化也会一定程度影响热解产物中氯的分布率。提高热解升温速率有利于挥发分的释放,升温速率为15-25℃/min时,煤中氯的释放率变化趋势明显,但过高的升温速率不利于煤中氯的释放。热解焦油中氯元素主要以无机含氯化合物的形式存在,超纯水萃取可明显降低焦油中氯的含量。低阶烟煤中低温热解过程中,氯释放的活化能均在20 k J/mol左右。     

热分析法研究五倍子醛的热稳定性及其分解动力学

采用热重法,以氮气为保护气,分别在5、10、15、20℃/min的升温速率下,测得五倍子醛的热重-微分热重(TG-DTG)曲线,并在10℃/min的升温速率下测得样品的差示扫描量热(DSC)曲线。结合热失重数据和五倍子醛结构对其分解机理进行推断和验证,并运用双外推法对五倍子醛的热解动力学进行分析,求得原始状态和热平衡态下的动力学参数。研究结果表明,五倍子醛晶体在升温过程中先经历了非结合水和结合水的受热挥发阶段,然后在163℃之后发生热分解,分子中醛基断裂失去1分子的CO;随着升温速率的升高,五倍子醛的分解反应向高温区域移动,最大失重速率依次减小;热解活化能Eα为286.21 kJ/mol,指前因子lnA为70.21,热解机理函数g(α)=[-ln(1-α)]2/3,反应级数n=2/3;热解活化能随转化率的增加逐渐减小;经动力学参数推断,在室温(25℃)下,五倍子醛的贮存期为4～5年。     

石油焦与煤混合燃料热重分析研究

石油焦与煤混合燃烧是高效处理石油焦的有效方法，作者对选用的石油焦和煤不同配比的混合燃料进行了热重分析研究。使用常压高温热天平研究、分析了各配比混合燃料的热解特性和燃烧特性。并根据化学动力学方法计算了各过程的化学动力学参数，即活化能E和频率因子A0。结果表明，各混合燃料热解起始温度大致相同，随煤焦比减小，挥发分析出速率变缓，最大释放速度所对应的温度升高，最终失重率减小，挥发分释放特性指数减小；随煤焦比增大，混合燃料着火温度和燃尽温度逐渐降低，最大燃烧速率所对应的温度降低，燃烧特性指数增大；随煤焦比减小，活化能和频率因子增大。     

水城褐煤热解的气体产物析出特征及甲烷的生成反应类型研究

利用傅里叶红外光谱仪研究了煤中主要官能团的分布,利用热重-质谱联用(TG/MS)在10℃/min的条件下研究了水城褐煤的热解行为,获得了煤热解主要挥发分气体(H2、CH4、H2O、CO、CO2)生成的速率曲线。采用分峰拟合的方法将甲烷的生成速率曲线分解为五个峰,通过化学动力学分析,结合煤的结构特性、热解特性及其他挥发分气体的生成特征,认为甲烷的生成主要由一个脱吸附过程和四个化学反应组成。     

Nonisothermal <Emphasis Type="Italic">n</Emphasis>th-order DAEM equation and its parametric study – use in the kinetic analysis of biomass pyrolysis

Nonisothermal nth-order distributed activation energy model (DAEM) was derived. Numerical solutions of the nonisothermal nth-order DAEM equation were performed. The influences of various parameters relevant to biomass pyrolysis on numerical results of the nonisothermal nth-order DAEM equation were also studied. Investigated parameters are heating rate, the mean of activation energy distribution, standard deviation of activation energy distribution, frequency factor and reaction order. The study results can be further responsible for determination of nth-order DAEM kinetic parameters from thermogravimetric analysis data of biomass.     

Comparison of global models of sub-bituminous coal devolatilization by means of thermogravimetric analysis

Coal gasification and combustion are strongly dependent on devolatilization step. Aim of this work is to obtain the parameters of global kinetics of devolatilization of a sub-bituminous coal with high sulfur content. The kinetic parameters are obtained by means of TG experimental data, and applying different approaches to extrapolate the data to industrial relevant conditions. The simpler method is a model-free one which supposes a single step process whose Arrhenius kinetic parameters (A and E _a) have to be determined. Another common approach is the distributed activation energy model (DAEM) which assumes a series of first order parallel reactions occurring and sharing the same pre-exponential factor, A, with a continuous distribution of the activation energy. For the fitting of the experimental data, a numerical solution to DAEM and two approximate methods have been evaluated. Moreover, the results of these kinetic methods based on empirical approaches were compared with simulated data obtained using a more complex model based on percolation theory with cross-linking mechanism and vapor–liquid equilibrium (chemical percolation devolatilization, CPD model), which allows to simulate the coal pyrolysis from volatile yield data.     

Pattern Search Method for Determination of DAEM Kinetic Parameters from Nonisothermal TGA Data of Biomass

The most accurate and up-to-date approach to modeling biomass pyrolysis is to adopt the distributed activation energy model (DAEM). In this study, a pattern search method to be used for the determination of DAEM kinetic parameters from the nonisothermal thermogravimetric analysis (TGA) data of biomass has been introduced. The method has been applied to the nonisothermal TGA data of peanut shell sample, and DAEM kinetic parameters of biomass samples have been determined. Calculated model results from determined kinetic parameters have been compared with nonisothermal TGA data of biomass.     

Parametric study of the nonisothermal <Emphasis Type="Italic">n</Emphasis><Superscript>th</Superscript>-order distributed activation energy model involved the Weibull distribution for biomass pyrolysis

This paper describes the influences of some parameters relevant to biomass pyrolysis on the numerical solutions of the nonisothermal n ^th-order distributed activation energy model (DAEM) involved the Weibull distribution. Investigated parameters are the integral upper limit, the frequency factor, heating rate, the reaction order and the shape, scale and location parameters of the Weibull distribution. Those influences can be used for the determination of the kinetic parameters of the nonisothermal n ^th-order Weibull DAEM from thermoanalytical data of biomass pyrolysis.     

不同彬县焦的水蒸气气化反应动力学研究

在常压,900℃～1050℃考察了彬县煤的三种焦样（常规方法制焦、快速热解焦和脱灰快速热解焦）在热天平上的水蒸气气化反应。考察了温度和焦种对水蒸气气化反应的影响。对比了三种焦的动力学参数和比表面积。结果表明,气化温度是影响煤焦气化反应速率的主要因素,提高50℃,反应速率增加一倍。快速热解焦的反应速率在相同反应条件下明显大于慢速焦。三种焦的表观活化能以快速焦最大,因而反应速率受温度的影响也最大,快速脱灰焦次之,慢速焦最小。     

准东煤热解过程中不同赋存形态钠变迁规律的研究

利用加压管式反应器对准东煤进行了一系列热解实验,并采用溶剂逐级萃取的方法研究了煤中各赋存形态钠在不同热解温度、停留时间及其压力下的变迁规律。研究发现,原煤中钠主要是以水合离子态和钠长石的形式存在,有机态钠含量较少。在500-700℃时,随着挥发分的释放,水可溶性钠结合到煤焦的碳基质上,转化为盐酸可溶但水不可溶性的钠,少量有机钠会挥发至气相中。在700-900℃时,可溶性钠与高岭土等矿物质反应生成盐酸不可溶性钠。1 000℃时,钠的挥发量显著增加;部分高岭土与方解石分解生成的氧化钙反应生成钙长石,抑制了可溶性钠与高岭土之间的反应。煤中各形态钠的变迁主要发生在热解初期,与挥发分的释放同时进行。提高热解压力对钠的变迁行为没有影响。