坝上地区莜麦秸秆热解特性研究

为实现高寒坝上地区农作物秸秆高效清洁燃烧,文章选取典型莜麦秸秆作为研究对象,通过混合气体模拟烟气燃烧过程中的热解气氛环境,采用热重分析仪研究空气和N_(2),CO_(2),O_(2)不同比例组成的混合气体氛围下热失重特性以及升温速率对其影响,采用AKTS软件进行动力学分析。结果表明:莜麦秸秆热解过程可分为干燥(30~140℃)、挥发(140~370℃)、炭化(370~900℃)3个阶段;气体氛围主要影响热解的炭化阶段,对干燥和挥发阶段影响较小;升温速率影响挥发和炭化阶段,升温速率越快,反应速率越大;当热解气氛为15%O_(2)-5%CO_(2)-80%N_(2)混合气体(气体2)时,热解过程所需活化能最少,平均活化能为139.86 kJ/mol。研究结果可为高寒坝上地区生物质秸秆能源化利用提供一定理论依据。

中低温煤焦油沥青组分的热解特性及动力学研究

中低温煤焦油沥青(MLP)为人造炭材料的重要原料,研究其组分的热解特性及动力学对高品质中低温煤焦油沥青基炭材料的制备具有重要意义。以中低温煤焦油沥青为原料,分别采用正丁醇(BA)和二甲基亚砜(DMSO)为萃取剂以获得4种沥青组分,通过热重分析仪对中低温煤焦油沥青和4种族组分的热解行为进行研究,利用Flynn-Wall-Ozawa法、Kissinger-Akahira-Sunose法和Satava-Sestak法计算热解活化能以及热解动力学参数。结果表明:MLP、DMSOS、BAI组分的热解反应机理符合随机成核及其后续增长模型,最佳热解机理函数分别为G(α)=[-ln(1-α)]^(4/3)、G(α)=[-ln(1-α)]^(4)、G(α)=[-ln(1-α)]2,活化能分别为73.99、180.20、46.09 kJ/mol,lg A分别为5.82、13.57、3.32;BAS组分的热解反应机理符合二维扩散模型,最佳热解机理函数为G(α)=α+(1-α)ln(1-α),E=85.36 kJ/mol,lg A=6.18;DMSOI组分的热解反应机理符合二维扩散或三维扩散模型,最佳热解机理函数为G(α)=[1-(1-α)^(1/3)]^(2),E=64.42 kJ/mol,lg A=4.00。

航空密封材料热解特性研究

采用热重-差热分析仪研究DAPCO 2200、3M-AC-380两种密封材料在氮气氛围、不同升温速率条件下的热解特性规律。结果表明:在氮气氛围下,DAPCO 2200密封胶、3M-AC-380密封胶的热解均有2个阶段,热解过程中二者的初始温度相差较大;终止温度均随升温速率的提高向高温方向移动;热解速率、质量损失速率随着升温速率的提高而增大。热解动力学分析表明,在热解反应开始阶段表观活化能相对较小,热解速度相对较快;随着转化率的升高,表观活化能变大,材料热解速度降低。采用Kissinger法、Flynn-Wall-Ozawa法计算表观活化能,DAPCO 2200密封胶表观活化能平均值分别为109.08kJ/mol、144.88kJ/mol,3M-AC-380密封胶表观活化能平均值分别为99.43kJ/mol,81.71kJ/mol。DAPCO 2200密封胶2个阶段的初始分解温度、最终分解温度以及最大质量损失速率温度均高于3M-AC-380密封胶,表明DAPCO 2200密封胶的热稳定性较好。

碳纤维/酚醛树脂复合材料热解特性研究

使用热重-差热同步分析仪研究了某飞机框架部位用碳纤维/酚醛树脂复合材料在不同气氛和不同升温速率条件下的热分解特性。结果表明:在空气气氛下碳纤维/酚醛树脂复合材料热解反应分为3个阶段,在氮气气氛下热解反应分为2个阶段;随着升温速率的提高,氮气气氛下复合材料热解的初始分解温度、第2阶段起始温度都随着升温速率的提高而增加,2个阶段的热解温度范围都逐渐变宽且每一阶段的温度范围都要高于前一个热解阶段,最大失重速率温度也向高温方向移动,相同温度下失重明显变大。采用Kissnger法、FWO法、Starink法对碳纤维/酚醛树脂复合材料的热解动力学进行计算,得到其表观活化能。

玻璃纤维/环氧树脂复合材料热解特性研究

采用热重-差热分析仪研究玻璃纤维/环氧树脂复合材料在空气及氮气氛围下不同升温速率的热解特性规律。结果表明,在空气气氛下,热解分为两个阶段;氮气气氛下,热解只存在一个热分解阶段,与空气气氛相比热解初始分解温度较高,热解温度范围变窄,失重速率明显变大。在两种气氛下,玻璃纤维均不参与热解。随着升温速率的增加,热解反应各阶段的起始温度、终止温度、最大失重速率温度均向高温方向移动,热解温度范围大小都基本保持不变。氮气气氛下使用Kissinger法、FWO法和Starink法计算出玻璃纤维环氧树脂的平均表观活化能分别为106.42、123.09和119.48kJ/mol。复合材料活化能随转化率的增加而升高,表观活化能保持在一定数值范围内且数值相近,热解反应比较稳定,具有较低A值,表明其具有较强的热稳定性。

烟丝掺配输送及卷制过程中的热解特性变化分析

为研究烟丝在掺配输送及卷制过程中的热解特性变化规律,利用热重分析技术和热分析动力学方法跟踪分析了不同加工环节烟丝的热失重特征参数变化和差异。结果表明:(1)不同加工环节烟丝整体热解失重规律一致,均包含脱水干燥、挥发性成分损失、半纤维素和纤维素分解、木质素分解与炭化、无机盐分解等阶段,各样品不同热失重阶段的温度区间一致,但阶段失重率有差异;(2)JXQ、JXH和CPS样品在无机盐分解阶段的失重率接近,并明显高于其他样品,不同烟丝样品的综合热解指数CPI范围为4.10×10^(-5)%·(min×℃^(2))-1~4.65×10^(-5)%·(min×℃^(2))^(-1),BZS样品的CPI最低,CPI随着加工环节的进行呈现逐渐降低的趋势;(3)样品在脱水干燥和纤维素分解阶段的热分解过程均符合F1.5级化学反应模型,但不同样品的热解动力学参数存在一定差异。本研究揭示了烟丝在热解过程中的化学反应动力学参数存在一定的差异,在加工过程中烟丝的配方成分可能存在一定程度的波动。

矿井输送带在不同气氛下的热解特性及动力学研究

采用热重实验,结合热解动力学参数,研究矿井输送带在N_(2)和空气氛围下的热解特性。结果表明:输送带在两种气氛下热解均有两个主要的失重阶段,其中一阶段主要发生的是脱HCl反应,质量损失达到70%左右;二阶段N_(2)氛围下主要反应为脱链解聚和分子间进一步的环化反应,空气氛围下主要发生氧化反应,质量损失分别为13.84%和22.71%;两种气氛下,一阶段活化能和指前因子较为接近,热解气氛对输送带一阶段的热解影响不大;二阶段空气氛围下的活化能远小于N_(2)氛围,指前因子远大于N_(2)氛围,在空气氛围下,二阶段的热解反应更易进行。

CO_(2)气氛下杜氏盐藻热解特性的数值研究

为了研究气化剂CO_(2)质量流量、气化温度、气化压强对杜氏盐藻气化的影响规律,通过使用Aspen Plus软件模拟了杜氏盐藻在CO_(2)气氛下的热解过程。结果为:杜氏盐藻在CO_(2)气氛下气化时,随着CO_(2)质量流量的增大,H_(2)体积分数先增大后减小;当CO_(2)质量流量为350 kg/h时,H_(2)体积分数达最大值40.06%;当气化温度从400℃增大到900℃时,H_(2)、CO体积分数增加,CH_(4)体积分数减小;当气化温度大于900℃时,H_(2)、CH_(4)、CO体积分数趋于稳定;当气化温度从400℃增加到1200℃时,压强越大,CH_(4)生成量越多,H_(2)和CO生成量越少;当气化温度为700℃时,压强对燃气产量的影响最为显著。故适当地改变CO_(2)质量流量,可以提高H_(2)的产量;适当升高气化温度和减小气化压强可以提高H_(2)和CO的产量,但是CH_(4)的产量会有所下降。

废旧电脑电路板预处理及常规和微波热解特性研究

废旧印刷电路板中含有丰富的金属及非金属资源,具有较高的资源回收价值与潜在环境危害性。在常规和微波热解条件下,对废旧电脑电路板脱锡预处理及相关热解条件对热解产物的分布规律及影响机制进行研究。结果表明:脱锡预处理对废旧电脑电路板的热解有正向影响,可以使废电路板中的有机材料热解更充分,脱锡预处理后Sn含量从4.10%降低至1.54%,Sn的回收率达68.49%;在常规和微波热解条件下,升高温度可以获得更多的液体和气体产物,但相同温度下微波热解得到的固体产物更多,常规热解后铜含量从热解前的19.17%升高到25.37%,微波热解后铜含量从热解前的19.17%升高到23.32%,铜的回收率达到99.22%以上;热解后绝大部分的溴元素进入到热解油与热解气中,微波热解油中酚类物质含量大于常规热解,呋喃类物质少于常规热解,常规和微波热解气中H_(2)、CO、CH_(4)总量分别达到76.4%和80.7%,热解气体热值分别为18.78 MJ/Nm^(3)和19.97 MJ/Nm^(3),热解气热值介于煤气与天然气之间,可作为燃气使用。综合对比常规热解与微波热解,微波热解金属回收率更高,热解气体中呋喃类物质更少、热解气热值更高,更有利于电子废弃物中有价金属的综合回收利用。

民航客机货舱侧壁板材料的热解特性

为了探究民航客机货舱侧壁板材料的热解特性,利用热重(TG)-傅里叶变换红外光谱(FTIR)联用对其热解及气体产物的释放特性进行了研究,根据热重数据使用两种非模型法计算热解动力学参数并对热力学参数的变化进行分析。结果表明,侧壁板材料的热解有2个失重阶段,随着升温速率的增加,热失重曲线逐渐向高温区域移动,最大热失重率对应的温度也向高温区域移动;热解过程释放大量CO_(2)、CO、CH_(4)等气体以及其他含碳化合物;在主要反应区间内,侧壁板材料热解表观活化能的平均值分别为213.64 kJ/mol和233.84 kJ/mol;随着转化率的增加,样品的热解需要的活化能整体趋于增加。

褐煤热萃取物的热解特性与热解产物分子结构关联性研究

低阶煤的热解萃取处理是低阶煤高附加值利用的有效方法之一,开展低阶煤热萃取物的热解特性研究,对低阶煤清洁、高效转化具有重要意义。采用热重分析与红外光谱联用(TG-FTIR)技术,结合分峰拟合数学方法,开展褐煤热萃取物(CPW)热解过程活化能与热解逸出气分子结构参数的关联性探索。以CPW为研究对象,采用非等温动力学方法开展热解动力学研究,运用无模式函数法(Flynn-Wall-Ozawa法和Kissinger-Akahira-Sunose法)计算CPW不同转化率(α)下的活化能(E_(a)),得到热解过程(0.20≤α≤0.80)的活化能介于94.04和177.40 kJ·mol^(-1)范围之内,平均活化能为130.01 kJ·mol^(-1),E_(a)的大小随转化率提高而增加;采用PeakFit软件对不同α下热解逸出气红外光谱的四个区域(700~900, 1 100~1 800, 2 800~3 000和3 000~3 100 cm^(-1))进行分峰拟合,获得CPW热解逸出气分子中官能团信息和各官能团相对含量,引入六种结构参数(I_(1)~I_(6))用来描述逸出气的分子结构,探索CPW在转化率为0.20≤α≤0.80范围内的热解活化能与各结构参数之间的关联性。研究结果表明:CPW各热解阶段的活化能与相应的I_(1)(支链化程度)、I_(2)(含氧量)、I_(3)(芳香性指数)、I_(4)(芳环五元取代)、I_(5)(三、四元取代)及I_(6)(二元取代)等六种分子结构参数密切相关,且热解活化能与I_(1),I_(3)和I_(6)三种参数呈现良好的线性关系(拟合后R^(2)分别为0.903 4, 0.744 7和0.803 1);对同一转化率下热解活化能E_(a)与逸出气的六种分子结构参数整体进行线性回归分析,得到结构参数模型为E_(a)=124.91-88.75I_(1)-318.84I_(2)-19.19I_(3)+40.29I_(4)-14.28I_(5)+1 272.33I_(6)(R^(2)高达0.999 9)。基于热重红外联用技术,剖析CPW的热解E_(a)与热解逸出气官能团变化规律,深入了解CPW在热解过程中的演变规律,有助于明晰CPW的热解过程和热转化行为,为褐煤的高附加值利用提供一定理论依据。

鄂尔多斯地区煤及热解特性研究

用热重法对鄂尔多斯地区4种煤在相同升温速率下的热解过程进行了研究。由热重曲线得到热解特征参数,分析比较了不同煤种的热解特性。结果表明:4种煤样中的3号伊旗煤样热解产物初析温度最低、半峰宽最小、热解产物释放特性指数r值最大,其热解性能最好;2号乌审旗煤样、4号准旗煤样次之;1号鄂前旗煤样热解性能最差。

传统熏烤木材中木质素结构表征及其热解特性

为探究传统熏烤肉制品熏烤时所采用不同化学组成及结构的木材类型对产生有害物质多环芳烃的种类和生成量的影响,以传统熏烤肉制品生产时常用的松木、杨木、榉木、枣木、苹果木5种木材为研究对象,通过红外光谱、拉曼光谱、热重及热重-红外联用分析,考察5种木材中木质素的结构特征及其热解特性。结果表明:5种木材中木质素含量,以及木质素中愈创木基结构单元(G)、紫丁香基结构单元(S)含量均存在差异;热解过程基本可分为3个阶段,主要发生在200~500℃范围内,但是5种木质素的质量损失速率、质量损失温度、热解速率、热解温度均不同,说明不同木质素的热稳定性存在显著差异。熏烤木材中木质素含量,S/G结构含量及侧链结构上差异可导致其热稳定性的不同,而热解特性的不同则进一步影响多环芳烃等有害物的生成。

2种高温沥青结构表征及热解特性

采用族组分分析、元素分析、红外光谱(FT-IR)、核磁共振(NMR)、凝胶渗透色谱(GPC)等分析表征手段对神华煤液化沥青(CLP,软化点为403.15 K)和永东煤焦油沥青(CTP,软化点为383.65 K)进行了结构解析,结合计算的平均分子结构参数得到2种沥青可溶组分的平均分子结构模型;通过热重(TG)分析2种沥青的热解特性,并利用Coats-Redfern和DAEM两种动力学模型对其进行热解动力学计算。结果表明:与CTP相比,CLP的芳香性较差、缩合程度较低。2种沥青的热解过程分为3个阶段,主要热解阶段在473.15~873.15 K。其中CLP因其分子量分布较窄且分子结构缩合程度较小有较集中剧烈的热解过程;CLP的热解产物释放特性指数RH较大。由Coats-Redfern法计算的煤液化沥青和煤焦油沥青的平均活化能分别为35.03和37.98 kJ/mol;DAEM模型中,随转化率α增大,2种沥青的活化能呈增长趋势,α>0.5,活化能增加明显;从C-R模型和DAEM模型的拟合系数R2可知,2种模型对煤焦油沥青的热解过程适用性更好。

不同贮存年份烟梗的热解特性分析

通过热重技术揭示河南、湖南和贵州地区不同贮存年份烟梗之间的热解差异,利用电子显微镜、热重分析仪结合红外光谱仪分析了河南地区不同贮存年份烟梗的表面结构、热解特性和气态产物组成,并基于Coats-Redfern法对比分析不同贮存年份烟梗在热解过程中各失重阶段的动力学参数差异。结果表明:不同贮存年份对河南、湖南、贵州烟梗热失重行为的影响表现出相似性,均为贮存1年烟梗的综合热解指数(1.27~1.39×10^(-4)%·min^(-1)·℃^(-2))高于贮存2年和3年的烟梗,热解特性较好,贮存3年烟梗的残余率为18.18%~27.45%,热稳定性较差;河南地区不同贮存年份的烟梗在热解过程中释放的热解气体产物成分相似,最大释放量表现为贮存3年烟梗>贮存2年烟梗>贮存1年烟梗,且贮存3年烟梗表面组织结构完整性较差;不同贮存年份烟梗热解主要失重阶段均符合F1.5级化学反应控制模型。

餐厨垃圾厌氧沼渣在不同温度下的热解特性

城市干湿垃圾分类后,餐厨垃圾经厌氧消化被用于沼气的制造,沼渣是其副产品.为研究沼渣热处理/燃烧技术,通过热重与热裂解-气相色谱质谱联用实验分析了厌氧沼渣的热解规律.结果表明:沼渣中有机组分热解存在两个吸收峰,两峰值位置在200~300℃.200~300℃低温下沼渣热解气中以碳数C9~C18的有机物为主;中温500℃下C19及以上有机物比例由19%提高至31%;高温700℃下C8及以下有机物由6%提高至27%.说明在高温下样品表面会发生热解二次反应.400℃沼渣灰中含有Na、K、Cl,在高温下会释放.750℃的热天平峰值是灰中CaCO_(3)热解失重.沼渣热解产物中,烃、酸的热解主要发生在低温下,醇的热解主要在中温下进行,含N有机物的充分释放发生在高温下.

废弃线路板的热解特性及其有价液体产物的分布规律

热解技术遵循减量化、无害化和资源化三大固体废弃物处理原则,是一种有前景的大批量废弃线路板处置方法。本论文针对废弃线路板热解产物成分复杂及利用价值低的问题,进行了废弃线路板热解特性、产物组成及其有价液体产物分布规律的研究,为后续工业应用提供理论支撑。结果表明,废弃线路板的热解温区为157~664℃,表观活化能为80.70~279.46 kJ/mol。废弃线路板在热解过程中转化为三种产物,其中固体和气体产物可应用于材料和能源领域。废弃线路板的液体产物组成复杂,并且对热解温度较为敏感。在600℃时热解液体产物中有价组分比例最高(82.94%),其中单环酚类化合物占52.87%,多环酚类化合物占4.39%,溴酚类化合物占3.07%,烃类化合物占22.61%。废弃线路板在热解过程中的有价液体产物可替代酚醛树脂和石化产品中的部分原料。

汽车内饰用麻纤维的热解特性及动力学分析

采用热重-差热同步分析仪对黄麻纤维、红麻纤维和剑麻纤维3种汽车内饰用麻纤维在氮气气氛下采用不同升温速率下的热解特性进行研究。结果表明,氮气氛下3种麻纤维的热解阶段均为2个。不同升温速率下,黄麻纤维的初始热解温度和最大失重速率温度始终最大,最难发生热解。使用无模型FWO法和Starink法计算出的每种麻纤维的平均表观活化能较为一致。运用模型拟合Coats-Redfern法进行热解机理函数对比分析,确定3种麻纤维的热解均符合一维扩散模型(D1模型)。对比可知,氮气气氛下黄麻纤维的平均表观活化能均最大,剑麻纤维的相应值则均最小,综合结论为黄麻纤维的整体热解稳定性最佳、普适能力最强。

T700碳纤维/环氧树脂复合材料热解特性研究

采用热重-差热分析仪研究了T700碳纤维/环氧树脂复合材料在氮气氛围、升温速率不同条件下的热解特性规律。结果表明:T700碳纤维/环氧树脂复合材料的热解反应只有一个阶段,且不同升温速率条件下复合材料热解的初始温度比较接近,终止温度随着升温速率的增加向高温方向移动;热解速率、质量变化速率随着升温速率的提高而增大。热解动力学分析表明,热解反应开始阶段复合材料的活化能相对较小,热解速度相对较快;随着转化率升高,表观活化能变大,材料热解速度降低。转化率为20%~60%时,表观活化能增值相差不大,材料的稳定性变化不大,随后复合材料表观活化能大幅增加,材料中的环氧树脂热解即将完成。采用Kissinger法、Flynn-Wall-Ozawa法计算T700碳纤维/环氧树脂复合材料的表观活化能,表观活化能平均值分别为134.64kJ/mol, 150.47kJ/mol。

油墨渣热解特性及其热解工艺

利用管式热解炉对PCB油墨渣进行了热解实验,结果显示油墨渣在450℃左右即可实现热解。热解所产生的热解气和热解焦油具有较高的经济价值。根据实验结果设计开发了一套利用过热蒸汽作为载热工质的直接接触热解装置。油墨渣经无氧热解后减重85%以上,减容90%以上。热解产生的热解气经检测其热值在20MJ/Nm^(3)左右,可为产废企业节约油墨渣处理成本50%~80%。