不同结晶度纤维素与1-丁基-3-甲基咪唑氯混合热解特性研究

通过等体积浸湿的方法对不同结晶度的纤维素负载1-丁基-3-甲基咪唑氯([Bmim]Cl)离子液体,获得了负载离子液体的纤维素和再生纤维素样品,在固定床反应器上探究了不同结晶度纤维素负载离子液体的热解行为,并分别对其三态产物生物焦、生物油、生物气进行了分析。结果表明:纤维素再生过程会破坏内部晶体结构,使其无定形区域变大,脱水反应更加容易发生;热解温度为275℃时,与纤维素相比,结晶度更低的再生纤维素能够促进挥发物的生成以及抑制固体碳的生成,液体产率及固体产率分别从48.23%、48.81%变化至55.7%、37.67%,而热解温度在300~350℃的高温下却相反;负载离子液体后可以促进LGO等物质的生成,最高产率可达到16.1%,高结晶度能够促进离子液体对LGO的催化作用。

矿井输送带与煤粉混合热解特性及动力学研究

矿井输送带火灾极易引发重特大事故,而煤炭运输过程中的煤粉在带式输送机故障时常成为输送带火灾的引燃物。为掌握煤粉在输送带燃烧过程中的作用,开展热重-红外联用实验,研究掺入不同比例煤粉的输送带在不同升温速率下的热解特性及其动力学。输送带热解主要有两个失重阶段,掺入不同比例煤粉均对其热解有促进作用,同时略微促进CO_(2)的生成,降低输送带热解活化能,导致输送带更易燃烧热解;而升温速率的升高则导致活化能略微增大,对混合热解具有轻微抑制作用。研究可为矿井输送带火灾预警与防治提供相应理论参考。

微藻与塑料混合热解的热解特性和动力学研究

本研究利用TG-FTIR研究了微藻和聚乙烯(PE)、聚苯乙烯(PS)和聚丙烯(PP)混合热解特性,探讨了塑料添加比及塑料结构对热解失重和挥发分释放特性以及动力学的影响。微藻与塑料混合热解存在交互作用,使塑料的热解温度升高,并抑制焦炭形成,其中,PE能有效地减少残余物产率,而PS混合热解时其热解温度明显升高。并且微藻与塑料混合热解能降低热解过程中的平均活化能,且在较低比例塑料添加时作用较强。此外,微藻与聚乙烯混合会促进CO_(2)的释放以及聚乙烯断键生成-CH_(3)和C=C-H。微藻与聚丙烯混合却抑制CO_(2)的释放,加剧了聚丙烯生成芳烃C-H。而微藻与聚苯乙烯混合会轻微促进C=O和NH_(3)生成,并加剧微藻的氢转移和聚苯乙烯苯环断裂释放-CH_(3)。

脱脂餐厨垃圾混合热解过程中热解反应机理研究

餐厨垃圾(kitchen waste, KW)的处理已经成为当前我国炙手可热的问题。本文提出“餐厨垃圾与水稻秸秆混合热解”的方法,并利用热重实验结合等转化法(FWO、KAS)对餐厨垃圾、水稻秸秆及混合样进行热解动力学进行研究。20℃/min下餐厨垃圾和水稻秸秆混合热解的TG和DTG曲线都处在单样之间,随着水稻秸秆比例的添加,TG曲线逐渐向高温区移动;通过FWO和KAS法计算得出混合样的平均活化能在餐厨垃圾和水稻秸秆单样之下。随着水稻秸秆的掺混比增加,平均活化能呈上升趋势。餐厨垃圾热解过程中加入水稻秸秆可以降低反应的活化能,促进热解反应的进行。

城市固体废弃物混合热解特性及动力学

在研究城市固体废弃物(MSW)典型成分单组分失重规律的基础上,对两两组分混合热解相互影响进行了实验研究.结果表明:白菜、纸板和棉布热解主要分为3个阶段,而聚氯乙烯(PVC)和废轮胎的热解规律较复杂,但其热解过程可等效地看作2个和3个阶段,二者在前2个阶段失重率已经分别达到了100%和88%;两两组分混合后,对应阶段热解温度范围与单组分相比变化不大,而混合后热解速率则受到较大影响,说明所选组分两两混合对各单组分热解温度影响不明显,而热解产物或残留物可能会促进或抑制混合物的分解.根据单组分和混合组分原料的失重规律采用Coats-Redfern法分阶段进行动力学计算,结果表明:拟合曲线线性度很好,说明各单组分和混合组分热解过程分阶段处理是合理的;对于PVC和废轮胎单独热解和两两混合热解,将失重曲线上一些联系紧密的失重峰看作同一个失重阶段进行处理可获得更好的拟合线性度.

医疗废物中输液管(含PVC)与纱布(含纤维素)的混合热解特性

为研究聚氯乙烯(polyvinyl chloride,PVC)类与生物质类医疗废物的混合热解特性,利用差热热重分析仪,在氮气气氛下,对输液管(tube for transfusion,TFT;含PVC)和纱布(含纤维素)样品在不同质量配比下进行了混合热解实验,深入研究二者混合热解的行为与规律.结果表明:输液管的存在会显著加速纱布的热解,失重峰温降低40℃以上;纱布对输液管的热解存在轻微促进作用,使HCl脱除反应的失重峰温降低约5℃;混合前后,输液管的第二阶段热解反应没有发生太大变化;混合后残炭总量大于两种纯物质单独热解时的残炭质量;二者混合热解的反应机理在于输液管中PVC脱出的HCl通过酸催化作用加速了纱布中纤维素的脱水和醛类物质的生成;反之,纤维素中羟基的存在又加速了PVC脱HCl的反应。

油页岩与木屑混合热解特性研究

利用热重分析法,研究了茂名油页岩与木屑在不同升温速率与四种混合比下热解特性,探讨油页岩与木屑共热解时的协同作用。实验结果表明:油页岩与木屑混合热解特性并非二者单独热解的简单叠加,升温速率20℃/min、混合比6:4时混合热解相较于单独热解程度更深,协同特性体现得最为明显。在10℃/min升温速率下,混合热解表现为对热解的抑制作用。

辣椒秆与煤混合热解交互作用的研究

通过热重试验及动力学分析，详细研究了辣椒秆与煤的混合热解特性。结果表明，两者的混合热解存在明显交互作用，且化学反应速率常数k的大小主要由频率因子A决定。辣椒秆和煤混合热解时，第1个失重峰由原料自由水的挥发产生，第2个失重峰（305～371℃）和第3个失重峰（430～588℃）分别主要由辣椒秆和煤热解产生。第2个峰处，两者的混合促进热解，混合10％辣椒秆时促进作用尤为明显，此时试验化学反应速率常数矗比理论化学反应速率常数k大两个数量级，试验失重速率明显大于理论失重速率；第3个峰处，两者的混合抑制了热解，试验的化学反应速率常数k与失重速率均小于理论值，辣椒秆的存在阻碍煤的热解。

医疗废物中输液管(含PVC)与纱布(含纤维素)的混合热解动力学模型

为研究聚氯乙烯(polyvinyl chloride,PVC)类与生物质类医疗废物的混合热解特性,利用差热热重分析仪,在氮气气氛下,对输液管(tube for transfusion,TFT;含PVC)和纱布(含纤维素)样品进行了混合热解实验,并以其相互反应机制为依据,单组分热解模型为基础,建立了二者混合热解的动力学模型.结果表明:提出的输液管与纱布相互反应热解模型能很好地描述二者的热解行为,相对误差达1.03%;模型计算得到的动力学参数显示输液管脱除HCl的反应和纱布生成水和醛类物质的反应的活化能均明显降低,而其他反应的动力学参数仅出现轻微变化或无变化,验证了二者混合热解的相互催化机理和相互反应机制.

生物质和废塑料混合热解协同特性研究

选取聚丙烯(PP)和竹屑作为废塑料与生物质的典型代表,在热重分析仪和固定床台架上研究了塑料掺混比例对混合热解失重特性、动力学机理、产物分布行为等特性的影响,并分析了混合热解时生物质和废塑料间的协同作用机制。结果表明,随着塑料掺混比例的增加,混合热解终止温度由501℃降低至471℃,主要热解温度区间缩短;混合热解所需活化能呈现先减小后增大的趋势,在塑料掺混比例为0.25时取得最小值。通过对比实验数据和理论数据发现,生物质与废塑料混合热解具有很强的协同作用:该协同作用降低了生物质反应所需能量,增加了废塑料反应所需能量,降低了混合热解过程的总活化能;此外,协同作用促进大分子挥发分转化为小分子气体,促进芳烃、烷烃等烃类生成,抑制CO2、苯酚、羧酸、呋喃和酮类等含氧物质生成。

垃圾典型组分混合热解特性的实验研究

为揭示不同垃圾单组分对整体热解动力学特性的影响,通过自行设计的大物量热重分析装置就垃圾典型组分的混和热解特性进行了实验研究;并采用最小二乘法建立了热解反应动力学模型。并列出了双组分混合热解实验部分的实验结果及模型计算结果,两者吻合较好,为进一步建立垃圾综合热解神经网络模型奠定了基础。

添加不同塑料与污泥混合热解对生物炭中重金属的影响

利用高温管式炉开展城市污泥(SS)与四种塑料(PE、PP、PS和PVC)混合热解实验,分别得到四种生物炭(SSCPE、SSCPP、SSCPS和SSCPVC),研究了生物炭中重金属(Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、As、Cd和Pb)含量、残余率、BCR形态和TCLP浸出毒性特征,并开展潜在生态风险评估。结果表明,添加不同塑料与污泥混合热解能够降低除Cd以外重金属的残余率。与污泥单独热解所得生物炭(SSC)相比,添加PE、PP和PS能够促进生物炭中的重金属向相对稳定态(F3+F4)转化,实现固化稳定;添加PVC仅对生物炭中Cr和As有固化稳定作用,对其他重金属有明显活化作用。四种生物炭中的重金属浸出量低于GB5085.3—2007浸出毒性鉴别标准规定的限值,生态风险均明显地降低至轻微风险水平,表明添加PE、PP、PS和PVC与污泥混合热解所得生物炭的应用不会带来新的环境风险,这为污泥与废塑料协同处置工艺提供了良好的理论支撑。

微藻与塑料混合热解制备低氮低氧富烃液体油

为了减少油中氮氧化合物,提高微藻生物油品质,本研究在固定床上开展了微拟球藻(NS)和聚乙烯塑料(LDPE)的混合热解/催化特性,探讨了O和N在热解气、液、固相的分布,并以此探讨了微藻与LDPE之间的交互作用以及催化剂的加入对混合热解的影响。研究发现,混合热解能有效抑制O和N向油中转移,促进微藻中O转变为H2O,N向气体产物转移。此外塑料添加明显减少了油中羧酸、酰胺和含氮杂环等含氧/氮化合物,提高了脂肪烃含量,同时有效促进碳氢气体的形成,并对CO和H_(2)也有一定的协同作用,特别是在25%LDPE时协同效应最强。同时ZSM-5能促进碳氢气体形成,提高气体产物的热值(35.6 MJ/m^(3)),并进一步减少油中含氮化合物,促进N向气体转移,O向气体和H_(2)O中转移,从而使油中O、N含量明显降低;此外混合催化热解能在一定程度上抑制芳烃的形成,提高脂肪烃选择性。

生物质代替优质煤与石煤混合热解特性研究

利用热重分析仪对石煤与2种生物质的混合物进行混合共热解的实验研究。结果发现高碱金属含量的存在使得玉米秸秆对石煤热解的促进效果好于锯末;升温速率为20℃/min时,混合物中石煤热解所需的活化能最低,其中玉米秸秆-石煤混合热解所需活化能低于锯末-石煤;生物质与石煤的混合比例为3:7时,石煤的热解速率最快。

城市生活垃圾与生物质成型燃料混合热解特性及动力学研究

采用热重分析法对城市生活垃圾(MSW)、棉秆成型颗粒(CSB)及混合样品的热解特性进行研究,实验分别在3种升温速率(10、20、40℃/min)下进行,温度从室温升到1000℃,并通过Kissinger-Akahira-Sunose(KAS)方法计算其热解过程中的活化能。结果表明:20℃/min升温速率下,MSW比CSB在DTG曲线中多一个失重峰,伴随升温速率的提高,实验样品的DTG曲线均向高温方向发生偏移,热滞后现象明显。MSW和CSB混合热解过程中发生协同效应,高温阶段协同作用更为明显。动力学分析得出MSW比CSB平均活化能高,当CSB掺混比例为80%时,混合物平均活化能达到最小值,仅为111.25 kJ/mol。

生物质/污泥混合热解特性的研究

为了研究纤维素类原料与污泥的混合热解特性,将树叶和市政污泥进行混合,使用小型固定床反应器进行热解-催化2段实验。通过改变物料的混合比例,研究固体产量、液体产量、燃气产量、产气动力学以及气体产物中不同成分(H2、CO、CH4、CO2)的体积百分数随混合比例变化的规律,并且通过与产物理论产量的对比,得到了物料混合对热解产气的影响情况,同时对物料不同混合比例下的产气情况进行了评价。

玉米秸秆与污泥混合热解对生物碳特性及重金属的影响

利用热解装置开展不同质量比例玉米秸秆(0,25%,50%和75%)与污泥混合热解实验,分别得到4种生物炭(SCB0,SCB25,SCB50和SCB75),研究了生物炭性质、重金属(Cu,Zn,Pb,Ni,Cr,Mn和As)含量、BCR形态和TCLP浸出毒性特征,并开展潜在生态风险评估。结果表明,随着玉米秸秆添加比例的增加,生物炭产率、灰分、H/C和N/C比显著降低,p H值显著增大,生物炭芳香化程度明显提高。添加玉米秸秆与污泥混合热解可以促进重金属向更稳定的形态(F4态)转化。4种生物碳中重金属浸出均未超出GB5085.3-2007浸出毒性鉴别标准规定的限值,生态风险均明显降低至轻微风险水平,在玉米秸秆添加量为50%时达到最低风险水平,该研究为污泥与玉米秸秆资源化和无害化利用提供了理论依据。

PVC与纤维素混合热解的芳香烃产物分布特性研究

生活垃圾中,废塑料和生物质的混合不可避免。本研究利用热裂解-气相色谱质谱联用(Py-GC-MS)分析含氯废塑料PVC和生物质主要成分纤维素的混合热解,考察混合热解产物是否具有相互作用。试验结果表明,PVC与纤维素1∶1混合热解,会产生非常显著的相互作用,其中芳香烃(苯、联苯、萘、茚)产量显著增加,含氧化合物酸、醛、醇产量大幅度减少,最显著的相互作用产物是甲苯、取代基苯、取代基萘、萘酮、茚、取代基联苯。可能原理是氯元素在前期以小分子HCl的形式脱除,在HCl的催化作用下,剩下的碳链非常活泼,与纤维素热解中间产物发生双烯加成反应而产生芳香烃,进一步环化生产茚和萘等多环芳香烃。

无烟煤与生物质混合热解特性及其动力学

生物质和无烟煤皆为能源,但两者的利用途径各有利弊。文章重点讨论了两者混合热解及其动力学,主要考察了生物质的粒度、两者的掺混比例、无烟煤混合的生物质种类以及升温速率等因素的影响。以稻秆、玉米秆、榛子、无烟煤粉为研究对象,采用综合热分析仪进行研究,对比分析得出了热解的特性及其动力学参数。其研究结果表明:随着粒度的增加,混合热解的失重率逐渐递减。随着生物质配比的增加,样品的失重率和最大失重速率逐渐增加。随着升温速率的增加,失重率逐渐降低;达到最大失重速率的温度区间逐渐增高。

生活垃圾和玉米秆混合热解动力学及产物分布

为探讨生活垃圾和玉米秆共热解过程中的协同关系和产物分布,采用热重分析仪对生活垃圾、玉米秆及其混合物进行了热解实验研究,并进行动力学计算。结果表明,混合热解可分为脱水、热解、炭化、焦催化气化4个阶段,前3个阶段与单独热解过程类似,第4个阶段与单独热解相比失重明显增加,表明混合热解过程中存在协同效应;混合物热解的实际活化能为28.492 k J/mol,低于单独热解及其混合物热解理论活化能,可见混合热解利于热解反应进行。为明晰混合热解对热解反应的促进作用,利用固定床热解实验,研究了混合比例对产物产率和热解气各组分产率的影响。结果表明,在不同混合比例下,固液实际产率低于理论值,而气体实际产率则比理论值高;混合物料热解气中H2、CH4、CO2产量均高于其理论值,而CO产量却相反,低于其理论值。