CO_2/N_2气氛下的褐煤和沙柳共热解特性及动力学研究

利用综合热分析仪分别对胜利褐煤、生物质(沙柳)以及二者以不同比例(1∶4,5∶5,4∶1)混合后的试样在不同的CO2/N2(1∶4,5∶5,4∶1)气氛条件下的热解失重行为进行研究,并观察褐煤与沙柳在共热解反应过程中的相互作用,应用Coats-Redfern方法分析热解反应。实验结果表明:褐煤与沙柳主要热解温度段有相互重叠的部分,且存在相互作用,当V(CO2)∶V(N2)=5∶5时,褐煤与沙柳混合物在热解高温段全部表现为促进作用,且促进作用随沙柳含量的增加越来越弱。当m(煤)∶m(沙柳)=5∶5时,不同CO2/N2比例气氛下热解的高温段中CO2气氛比例越大,煤与沙柳的相互促进作用越强。活化能的范围均在15～70 kJ/mol之间,且沙柳的活化能比煤的大;高温段所需的活化能较低温段的大;CO2/N2气氛比例及沙柳/煤混合比例均对活化能和指前因子有一定的影响。当V(CO2)∶V(N2)=5∶5时,随着混合物中沙柳的增加,混合物的活化能和指前因子先增后降;当m(煤)∶m(沙柳)=5∶5时,随着CO2/N2混合气氛中CO2的增加,混合物的活化能和指前因子的变化趋势也先增加后降低。

亚/超临界乙二醇中沙柳的液化工艺研究

在亚/超临界乙二醇体系中,以碳酸钠作为催化剂,利用正交试验和单因素方法对沙柳进行了液化实验,考察了反应时间、反应温度、催化剂用量、液固比以及沙柳的粒度对液化反应的影响。采用红外光谱,热重等手段分析了随着反应时间的增加,液化产物成分和液化残渣的变化。结果表明:①反应温度对液化有显著的影响,反应时间、催化剂用量、液固比以及沙柳粒度也有不同的影响;②沙柳液化适宜的工艺条件为:反应温度372.7℃,反应时间为15 min,乙二醇体积为60 mL,沙柳质量为5 g,催化剂质量为0.6 g时的液化率为98.56%;③对液化产物和固体残渣做红外分析,在达到反应时间10 min后的液化液体产物和固体残渣的峰型都没有大的变化,说明液化过程中沙柳组分中的半纤维素和木质素首先发生降解,并且残渣中仍存有纤维素,产物成分不会随着反应时间的延长而改变,且液化产物结构复杂,主要含有醇、醛、酯、酚类、芳烃等;④对沙柳固体残渣做热重分析知,半纤维素在反应时间为15 min时达到全部降解。纤维素的含量随着反应时间的延长有降低的趋势,说明延长反应时间会促进纤维素的降解。

柠条与低阶煤共热解特性初探

为研究柠条与低阶煤共热解特性及相互作用,利用热重分析仪研究了不同煤种和不同混合比例条件下,柠条与4种内蒙古盛产低阶煤的共热解。结果表明:不同煤种与柠条共热解相互作用趋势只在中温区表现不同,混合比例对共热解相互作用的大小有影响,对整个过程的相互作用趋势无影响。由作用率Δα的计算值得柠条与煤共热解过程的作用效果可分为4个阶段:在柠条剧烈失重温度段对应为第一、二阶段,先为煤粉抑制柠条挥发分的析出,后为柠条挥发分促进煤的热解;第三阶段,为柠条焦炭热解温度段,柠条焦炭与煤相互作用,受煤品种的影响,柠条与煤共热解为协同或抑制作用;第四阶段,为共热解过程的高温段,柠条灰分中的矿物质促进煤的热解。

沙柳热解特性及热解动力学

为研究沙生灌木的代表沙柳的热解特性、热解动力学及热解过程中产物的形成特性,并进一步探讨沙柳的热解行为和过程的反应机理。采用热重法及热重红外联用技术对沙柳的热解失重过程、热解过程产生的气体和焦炭产物进行表征,采用Flynn-Wall-Ozawa法和Coats-Redfem积分法对沙柳的主要热解阶段进行动力学分析,求取活化能并推出描述其热重过程的机理函数。试验结果表明：沙柳的热解过程分为三个阶段,分别为脱水、快速热解和焦炭热解阶段。升温速率的增大有利于第二阶段挥发份的析出,但对第三阶段焦炭组分的热解不利,增加了800℃时残留的焦炭产率。沙柳主要热解阶段的活化能处于106.79-135.81 KJ/mol,且过程服从Avrami-Erofeev方程。热解过程中气态产物主要有H2O、CO2、CO、CH4、烷烃、酸、醛和醚类化合物等。不同温度下焦炭残渣的红外光谱表明,400℃前为半纤维素和纤维素糖苷键与糖环结构及乙酰羰基的断裂。400℃后为木质素中芳环结构单元及芳香核之间通过芳醚键连接的空间网状结构的破坏,而碳—碳键却得以保留和含量提高,整个失重过程挥发份的逸出主要与含氧官能团的热解有关。

磷钨酸催化沙柳醇解制备乙酰丙酸乙酯

研究了在磷钨酸催化的条件下,沙柳醇解制备乙酰丙酸乙酯的工艺。通过单因素试验和正交试验考察了沙柳质量(固液比)、催化剂质量、反应温度及反应时间等对乙酰丙酸乙酯产率的影响。结果表明在反应温度为210℃、反应时间为4 h、沙柳质量为1. 5 g、催化剂质量为3. 5 g时,乙酰丙酸乙酯的最高产率为36. 21%。各反应因素对产率影响的大小为:沙柳质量(固液比)>反应时间>反应温度>催化剂质量。利用FT-IR分析了沙柳及醇解液化产物的结构,说明沙柳主要含有脂肪烃结构和芳香结构及多种含氧官能团,醇解后的液化产物显示出了乙酰丙酸乙酯的结构特征。

煤和沙柳的O_2/CO_2混合燃烧特性及相互作用研究

利用综合热分析仪在O_2/CO_2(纯O_2、纯CO_2、O_2/CO_2=1∶4、O_2/CO_2=5∶5、O_2/CO_2=4∶1)气氛条件下对胜利煤、生物质(沙柳)以及二者以不同比例(煤:沙柳=1∶4、煤:沙柳=5∶5、煤:沙柳=4∶1)混合后的试样进行了TG/DTG分析,结果表明:煤、沙柳及二者的混合物的燃烧特性参数随氧气浓度及其掺混比例的变化表现出一定的规律性,含氧量≥50%的样品的燃烧机理为多相燃烧,含氧量≤20%的样品的燃烧机理为均相燃烧。沙柳与煤的混合物在不同热解区间有不同程度的相互协同/抑制作用,其中沙柳含量为20%、含氧量为80%气氛条件下的沙柳和煤的混合物的相互协同性最好,纯O_2气氛下的混合物的相互抑制性最好。本研究的创新之处在于研究不同O_2/CO_2气氛下对生物质与煤混合物的共燃烧进行燃烧特性指数的分析及二者的相互作用。通过确定合理的生物质和煤以及O_2/CO_2气氛的混合比例可确保在共热解过程中生物质与煤的协同效果最佳,研究生物质和煤的燃烧特性及协同/抑制作用可为煤和生物质的有效洁净利用及降低环境污染起到积极的作用。

沙柳直接醇解制备乙酰丙酸乙酯的工艺研究

随着世界经济社会的飞速发展,石化资源的日益枯竭,用生物质资源生产新能源化学品的研究越来越受到人们的重视。本研究利用内蒙古丰富的生物质资源沙柳为原料,以无水乙醇为溶剂,稀硫酸为催化剂,在高温条件下,采用直接醇解法制备乙酰丙酸乙酯,用气相色谱内标法来检测产物中乙酰丙酸乙酯及其含量,并考察了料液浓度、反应温度、反应时间和催化剂用量等因素对乙酰丙酸乙酯产率的影响。通过正交实验找出较优醇解反应条件为:料液浓度0.015 g/mL、反应温度170℃、硫酸浓度0.06 mol/L、反应时间3 h。在此条件下对沙柳进行醇解反应制备乙酰丙酸乙酯,产率可达31.83%。