基于热重-质谱分析的榆木/低阶煤共热解特性研究

为了研究烘焙对共热解行为的影响,以榆木(E)、250℃烘焙后榆木(E_(T250))和低阶煤(L)为原料,利用热重-质谱联用分析仪(TG-MS)进行榆木/低阶煤不同质量比例下(1∶1、1∶3、3∶1)的共热解实验。TG分析结果表明,相比E和E_(T250),L热解需要更高的温度和更长的时间;但当将生物质与低阶煤共热解后,共热解所需的温度和时间都随着生物质质量比的增加而减小;在共热解过程中,E与L的失重特性曲线相互影响,而E_(T250)在热解过程中与L的失重特性基本一致,说明经250℃烘焙后榆木与低阶煤的品质相似。

基于升温速率的生物质三组分热解特性研究及动力学比较

为了研究升温速率对生物质三组分的热解特性影响,利用同步热分析-质谱联用仪(Thermogravimetry/Differential Scanning Calorimetry-Mass Spectrum,TG/DSC-MS)对不同升温速率(μ=1℃/min、5℃/min、10℃/min、20℃/min)下的热解试验进行分析,并采用Coats-Redfern法、Doyle法和分布活化能模型(Distribution of Activation Energy Model,DAEM)法对热解动力学参数进行计算与比较。结果显示:1)随升温速率增大,三组分生物炭产率减小,热解气和热解油产率增大。2)随升温速率增大,气体产物最大析出速率增大。其中,当升温速率为1℃/min时,气体产物析出速率变化不大。3)随升温速率增大,三组分热解失重率变化不大。4)随升温速率增大,DTG(Derivative Thermogravimetry)曲线最大失重峰右移,最大热解失重速率减小。5)随升温速率增大,纤维素DSC曲线最大吸热峰右移,峰值增大,吸热峰面积增大。此外,半纤维素和木质素最大放热峰右移,峰值增大,放热峰面积增大。利用不同的动力学方法计算得到的动力学参数结果不同。其中,Coats-Redfern法计算得到的纤维素活化能最大,为194.84 kJ/mol;Doyle法和DAEM法得到的活化能分别为177.32 kJ/mol和160.71 kJ/mol。半纤维素和木质素动力学参数计算结果与纤维素相反,Coats-Redfern法计算的活化能最大值分别为42.61 kJ/mol和22.11 kJ/mol;Doyle法计算得到的活化能分别为164.05 kJ/mol和129.05 kJ/mol;DAEM法计算得到的活化能分别为147.30 kJ/mol和117.36 kJ/mol。通过Doyle法和DAEM法可得到三组分在热解过程中活化能与转化率的变化关系,且2者变化趋势基本相同。

生物质水蒸气氛围烘焙对后续热解影响

为了探究余热烟气中水蒸气对生物质烘焙及后续热解影响,该研究以榆木为研究对象,在立式炉中进行不同氛围(氮气及氮气-水蒸气)和不同温度(200、230、260、290℃)的烘焙试验,然后利用热重-质谱联用仪(TG-MS)和热裂解-色谱质谱联用仪(Py-GC/MS)进行惰性氛围的热解试验。结果表明:榆木在烘焙过程中发生了脱水、脱羰基、脱甲基反应,水蒸气的存在对后续热解油中乙酸的去除更有利。在所有样品中氮气氛围下290℃烘焙样品的失重速率峰值最低,仅为0.3%/℃。同时水蒸气的存在使氮气-水蒸气烘焙样品的最大失重峰后移。在热解主反应区,200、290℃烘焙温度下,水蒸气会提高热解反应活化能,而230、260℃烘焙温度下热解反应活化能却降低。此外,同一烘焙温度下水蒸气会抑制热解过程中H_(2)、CH_(4)、H_(2)O、CO和CO_(2)的生成。研究结果可为复杂气氛对生物质烘焙以及后续热解影响的研究提供参考。