生物质主要组分低温热解研究

利用热重分析仪和裂解气质联用仪进行生物质主要组分低温热解特性研究。热重实验结果表明,生物质主要组分的热稳定性为：纤维素>木质素>半纤维素。半纤维素主要热解温度在210℃～320℃,而纤维素和木质素的主要热解温度分别在310℃～390℃和200℃～550℃。裂解气质联用实验考察不同温度对生物质主要组分低温热解产物的影响。半纤维素热解产物主要有乙酸、1-羟基-丙酮和1-羟基-2-丁酮,纤维素热解产物主要包括左旋葡聚糖和脱水纤维二糖,而木质素热解产物主要是邻甲氧基苯酚。     

升温速率对生物质热解的影响

稻壳、稻秆及麦秆是中国主要的农业废弃物,如何综合、有效地利用这些农业废弃物进行资源化研究显得十分必要。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。目前,国内外对生物质及其组分的热解已有大量的研究,但对中国主要的农业废弃物稻壳、稻秆及麦秆的研究较少。本研究利用热重和红外联用技术深入研究了升温速率对三种典型生物质热解气体产物的影响,并对生物质的热解动力学及热解气体产物的析出规律进行实时在线分析。     

毛竹酶解/温和酸水解木质素的快速热解研究

采用热裂解-气相色谱/质谱仪联用技术,研究毛竹酶解/温和酸水解木质素(简称EMAL)的热解特性和热解产物的分布与形成规律.以温度为重要因素,研究其对木质素快速热裂解产物的影响,并通过主要的热解产物推断热解反应途径.研究结果表明,EMAL的热解产物主要是2,3-二氢苯并呋喃、酚类、脂类和少量乙酸.热解温度对热解产物组分的相对含量有显著影响,250~400 ℃时,产物主要是2,3-二氢苯并呋喃,320 ℃时其相对含量最高,达到66.26%;400~800 ℃时,热解产物主要是酚类,600 ℃时其相对含量最高,达到62.58%;800 ℃时出现了少量的乙酸.     

硬木热解过程中颗粒内部二次反应的数值研究Ⅰ. 单颗粒热解模型的构建

为了研究生物质(硬木)热解过程中颗粒内部的二次反应,弥补常规实验研究在该领域内的不足,构建合适的数学模型进行数值模拟是一个很好的途径.本文介绍了硬木单颗粒热解综合模型的构建方法.针对所研究的问题,模型中细致考虑了包含一次焦油二次裂解的生物质热解动力学过程.为了准确描述热解产物在热解颗粒内部的传递和二次反应过程,模型包含了对热解过程中颗粒内部各种气相产物在孔隙率不断变化的生物质颗粒内的生成、消耗、积累以及在压力驱动下的输运等行为的描述.模型参数的选取尽可能真实地模拟了实际过程,引入转化率或温度对涉及到的各种物理性质参数进行了修正.构建的模型在理论上较全面地描述了单颗粒生物质热解的复杂过程,可以利用它对颗粒内部的二次反应过程进行进一步的研究.     

硬木热解过程中颗粒内部二次反应的数值研究 I、单颗粒热解模型的构建

为了研究生物质（硬木）热解过程中颗粒内部的二次反应，弥补常规实验研究在该领域内的不足，构建合适的数学模型进行数值模拟是一个很好的途径。本文介绍了硬木单颗粒热解综合模型的构建方法。针对所研究的问题，模型中细致考虑了包含一次焦油二次裂解的生物质热解动力学过程。为了准确描述热解产物在热解颗粒内部的传递和二次反应过程，模型包含了对热解过程中颗粒内部各种气相产物在孔隙率不断变化的生物质颗粒内的生成、消耗、积累以及在压力驱动下的输运等行为的描述。模型参数的选取尽可能真实地模拟了实际过程，引入转化率或温度对涉及到的各种物理性质参数进行了修正。构建的模型在理论上较全面地描述了单颗粒生物质热解的复杂过程，可以利用它对颗粒内部的二次反应过程进行进一步的研究。     

哒嗪裂解反应机理的密度泛函理论研究

利用密度泛函理论(DFT)方法, 以哒嗪为煤的模型化合物, 在(U)B3LYP/6-31G(d,p)水平下计算了标题化合物的键布居数和键裂解能, 并对其热解机理进行了探讨. 在(U)B3LYP/6-311++G(d,p)水平下计算了热解过程中各物种的单点能, 并对总能量进行了校正. 结果表明, 标题物N-N键的布居数和裂解能均最小, 且各键裂解能随温度变化不大, 热解最终产物为HCN和乙炔, NH₃可能是HCN经过二次转换得到的. 采用过渡态理论计算了300~1900 K温度范围内热解的速率常数, 求得lnk与1/T的线性关系.     

硬木热解过程中颗粒内部二次反应的数值研究Ⅱ.数值模拟结果

为了研究生物质（硬木）热解过程中颗粒内部的二次反应，对流化床环境下单颗粒生物质热解模型进行了求解。计算针对典型大颗粒和典型小颗粒在流化床反应器反应条件下的热解过程，对不同大小颗粒内部各种产物的生成、消耗、积累以及逃逸行为进行了定量描述。计算结果表明：对于直径为2mm的小颗粒，颗粒内二次裂解的份额可以忽略，但是对于直径10mm的大颗粒，热争过程中有超过20%的一次焦油参加了颗粒内部二次反应，颗粒内二次裂解显著地改变了热解产物分布，改变了热解产物的品质。     

磺化聚芳醚醚酮的热分解

本文用高分辨裂解色谱-质谱法研究了磺化聚芳醚醚酮的热分解过程,分离和鉴定了主要热分解产物;考察了磺化度和温度对热解产物分布的影响。发现磺化聚芳醚醚酮有两个热分解阶段。用分步裂解并结合动力学分析,讨论了其热分解机理。     

烟草薄片热解产物的同步辐射真空紫外光电离质谱研究

利用同步辐射真空紫外光电离质谱的方法对烟草薄片热解产物进行了实时在线质谱检测。通过改变同步辐射光子的能量,获得了不同光子能量下的质谱图。在已有文献及量子化学计算的辅助下,给出了一些主要热解产物的化学信息。尼古丁(m/z 162)是传统烟草原料的主要热解产物之一,但并不是烟草薄片的主要热解产物,添加烟草薄片也许是一种降低尼古丁的有效途径。     

基于密度泛函理论研究木质素二聚体C_α-OH基团的修饰对其热解均裂历程的影响

采用密度泛函理论方法,对四种β-O-4型二聚体木质素模型化合物2-(2-甲氧基苯氧基)-1-苯基乙烷-1-醇、2-(2-甲氧基苯氧基)-1-苯基乙烷-1-酮、1-甲氧基-2-(2-甲氧基-2-苯基乙氧基)苯、2-(2-甲氧基苯氧基)-1-苯乙基乙酸酯的C_(aromatic)-O、C_(aromatic)-C_α、C_α-C_β、C_β-O键均裂解离能进行了理论计算,并对所述二聚体的热解均裂历程进行了理论计算研究,分析了不同二聚体的热解产物形成途径。结果表明,C_β-O键均裂是二聚体初次热解的主要反应,C_α-C_β键均裂是竞争反应。C_α-OH官能团被氧化、乙酰化修饰后,C_β-O键均裂解离能降低,而C_α-C_β键的键解离能升高,C_β-O键裂解概率增大,C_α-C_β键均裂竞争性降低。基于上述四种模型化合物热解的主要芳香族产物有苯甲醇、甲苯、苯甲醛和愈创木酚等,C_α-OH官能团的选择性修饰可调控热解产物种类,其中,氧化修饰后的二聚体的热解产物种类变少,产物选择性增强;甲基化、乙酰化修饰后的二聚体热解可产生苯乙烷和甲苯。     

应用TGA-FTIR研究不同来源污泥的燃烧和热解特性

在空气气氛下，利用热重分析方法研究了三种不同来源的污泥燃烧特性。探讨水处理工艺和污泥处理工艺对污泥中有机物的分布影响和燃烧特性影响。研究发现，污水厌氧工艺和污泥厌氧工艺均导致结构复杂、燃烧温度高的有机物生成。在氮气气氛下利用热重红外联用技术，对比研究了同种污泥的热解和燃烧特性，污泥热解主要发生有机物裂解成小分子和小分子的挥发，氧气的存在加速了污泥的裂解。污泥热解温度200℃～500℃，主要气体H2O、CO2、CO以及甲烷等烃类，CO2在高温750℃还存在一个析出峰，由于无机碳酸盐的分解。     

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。     

用梯度热裂解GC/ITD联用技术分析磺酸盐阴离子表面活性剂

本文报道应用热裂解气相色谱-离子阱联用系统研究了固体表面活性剂(十二烷基磺酸钠和十二烷基苯磺酸钠)的梯度热裂解产物。结果表明:当热解温度为350～400℃时,表面活性剂磺酸盐中的杂质将以热提的形式除去,裂解温度为600℃时可获得磺酸盐表面活性剂的最佳裂解产物。     

压力对塔里木原油四组分热解性能的影响

压力对深层油藏原油热化学过程的影响尚存在较大争议,为研究其在油藏原油热解成气过程中的作用机理,我们在450℃、5~40 MPa压力下对塔里木原油四组分(饱和分、芳香分、胶质和沥青质)进行了封闭体系的热解实验,通过气相色谱(GC)和气相色谱/质谱(GC/MS)分别对原油四组分热解反应的气体产物及饱和分热解过程的液态产物进行了分析。结果表明,在450℃、24 h及不同压力下,沥青质热解产气率高于胶质、芳香分和饱和分;四组分的气相热解产物中,C1的产率明显高于C2~C5组分。增大压力抑制沥青质、胶质及芳香分的热解产气过程而促进饱和分的热解产气过程。随压力的增大,饱和分热解的液态产物的主峰组分碳数先减小,再增大。压力低于20 MPa时,饱和分热解过程中以裂解反应为主;高于30 MPa时,增大压力有利于缩合反应。研究结果可为认识深层油藏原油的稳定程度及天然气的成因提供一定的理论参考。     

基于裂解气质联用分析的生物质逐级热解研究

为探究生物质快速热解反应历程,利用裂解气质联用仪对生物质进行逐级热解实验,考察在不同温度区间热解液体产物组分的分布规律。实验结果表明,生物质的化学组成和热解温度区间对热解液体产物都有重要影响。桉木在25℃~400℃热解液体产物较少,主要是吡喃和芳香类化合物,其中5,6-二氢-4-羟基-吡喃-2-酮相对峰面积随温度升高而降低;在450℃~500℃热解液体产物种类和产量均较多,主要以酮类和芳香类化合物为主。玉米芯热解规律和桉木的相似,但在25℃~350℃主要以呋喃类化合物为主,主要热解液体产物是2,3-二氢-苯并呋喃和2-甲氧基-4-乙烯基苯酚,在400℃~450℃热解液体产物以酮类化合物为主。生物质主要化学组分在不同温度区间热解得到不同液体产物,对其进行选择性热解,能够有效实现生物质资源的综合利用。     

生物油TG-FTIR分析与热解气化特性研究

以稻壳快速热解产物生物油为对象,在对其进行热重红外检测的基础上,结合生物油及其轻质、重质组分的热解气化实验,研究了生物油热解气化过程及气体产出特性。结果表明,生物油的热解气化分为两个阶段,一是轻质组分的快速挥发热解;二是重质组分的裂解气化与缩合缩聚,活化能分别为35~38 kJ/mol和15~22 kJ/mol。温度升高,热解气化效率增加,以H₂和CO为主的合成气产量增多,但气体产物热值降低。气体中H₂主要来自轻质组分的热解气化,而重质组分则裂解产生较多的CO、CH₄等物质。     

玉米芯酸水解残渣的热解特性

在热重分析仪和管式炉热解装置上对玉米芯酸水解残渣（简称残渣）的热解过程进行了研究,并利用气相色谱（GC）,气相色谱-质谱联用(GC-MS)和扫描电镜(SEM)对热解产物进行了分析。热重分析结果表明,残渣的热裂解主要发生在280℃~ 450℃,仅在340.7℃有一个明显的失重峰。管式炉热解实验表明, 随着热解终温的升高,残渣的气相产物产率明显增加,而固相和液相产物产率均有所下降。GC分析结果表明,H₂和CH₄的产率随着热解终温的升高而升高,CO₂产率呈现下降趋势; 与玉米芯热解气相产物相比,残渣热解CO、H₂和CH₄的产率较高,CO₂产率较低。GC-MS结果表明,残渣热解焦油的主要成分为酚类物质和多环芳烃。SEM结果表明,随着热解终温的升高,残渣热解焦炭的表面结构趋于有序化。     

怀山药成分的热解气相色谱-质谱分析

采用毛细管气相色谱-质谱仪,考察了怀山药在300、400、450及500℃下的热解反应．对怀山药的热解产物进行了分析,首次发现山药热解产物中含有咖啡因成分．确证咖啡因成分是山药中化学成分裂解所产生的．     

正癸烷热解的小规模化学动力学机理模型

正癸烷是目前常用的吸热型燃料的替代组分, 但是其热解机理的研究迄今还很少, 且现有的少数几个机理由于规模庞大使用不便. 本文首先构建了一个包含33种组分和75个基元反应的正癸烷热解动力学机理模型(Mech33); 随后, 在该机理的基础上进一步通过灵敏度分析得到影响主要热裂解组分生成的速率控制步, 并采用局部平衡和稳态假设对Mech33机理简化得到了规模更小的、仅包含22种组分和59步反应动力学机理模型(Mech22). 在较宽的温度和压力范围内对流动反应器及激波管中正癸烷热解过程进行了数值模拟, 并与实验数据进行了对比, 结果表明, Mech33和Mech22两个动力学机理模型都能够很好地描述正癸烷热裂解过程,并准确预测主要热裂解产物的浓度分布, 为进一步实现化学反应与计算流体力学(CFD)耦合的工程计算提供了有价值的动力学机理模型.     

裂解气相色谱-质谱联用法对香叶醇的热裂解产物分析

采用裂解气相色谱-质谱法(Py-GC-MS)研究了香叶醇热裂解性质。以氦气为载气,将香叶醇样品分别在不同温度(300,400,500,600,650,700,800℃)下进行热裂解,将热解产物直接引入气相色谱-质谱仪进行定性和半定量分析。结果表明:在700℃时香叶醇完全裂解,裂解产物可达87种。根据主要的裂解产物和其相对含量的变化对香叶醇裂解机理进行初步探讨,为香叶醇在卷烟中的作用评价提供重要的理论依据。