园林废弃物热解过程中的热量传递

为了更加准确地控制实际生产中热解物各部分的温度、提高园林废弃物的处理效率及处理质量、更好地利用园林废弃物热解后得到的产物,对园林废弃物热解过程中的热量传递问题进行研究。从测量园林废弃物热解过程中的温度分布及变化入手,了解热解过程中的热量传递特征,并在此基础上通过热力学分析建立热解传热模型,利用ANSYS有限元软件对所建模型进行模拟求解。对比分析模拟结果与试验数据后,根据实际情况对模型相关参数进行优化,最终获得了具有一定应用价值的热解传热模型。在此过程中不仅得到热解过程中反应器内的温度分布,还得知热解温度、物料多少、物料所处位置等因素都对热解过程中的热量传递有明显影响;相同条件下,热解温度越高、热解物料越少,则热量传递越强;同一时间内,温度梯度较大的位置热量传递较强;根据热解过程中反应烧瓶瓶壁上的温度载荷、物料表面的对流换热载荷不是恒定的这一现象,建立了侧壁温度关于木粉高度以及木粉上方流体温度关于时间的函数关系式。      

Py-GC-MS法研究硼及磷化合物对木质素热解产物的影响

采用裂解-气相色谱-质谱(Py-GC-MS)联机分析技术,研究了含硼及磷的化合物对紫椴(Tilia amurensis)木质素热解产物组成的影响。结果表明:木质素在裂解过程中,产生大量的CO2、CO、H2O,其主要原因是高温时羰基、羧基、羟基、甲基等脱除反应以及多环芳香族化反应的深入进行,而所选用的阻燃剂大多数都促进了CO2、CO和H2O的产生。没有经过阻燃处理的木质素热解产物中脂肪族可挥发有机化合物的比例较大,硼酸和有机磷酸盐处理过的木质素在裂解过程中这些化合物的比例明显减少。无机磷酸盐和硼砂有效降低木质素热解过程中芳香族化合物及杂环化合物的比例。FRW阻燃剂中GUP和硼酸对木质素热解过程的影响,并不是简单的加和作用,而表现出协同效应,并初步鉴定了紫椴木质素裂解产物中94种化合物的结构。     

污泥热解产物与可回收热值分布规律研究

[目的]研究污泥热解产物及其可回收热值的分布规律。[方法]采用固定床试验系统,研究了热解温度对污泥热解产物特性的影响,着重分析了热解温度对气体产物组成、热值以及热解液热值的影响,以及污泥热解产物质量分布与热量分布随温度的变化规律。[结果]热解温度越高,气体产物的产率越高,且抑制了热解液的生成。在450~850℃下恒温热解时,650~850℃下CH4产量稳定。随着热解温度升高,CO和H2析出量显著增加,单位质量污泥产生气体热值增加。随着温度升高,热解液热值先增加后降低,在550~650℃下热解时达最大值。气液产物总热值在650~850℃下热解时最高,850℃下热解时气体热值所占比例达69.5%。[结论]该研究为污泥高效热解能源化技术的实现提供了理论依据。     

用TG-DSC-FTIR联用技术研究酚醛树脂的热解行为

采用TG—DSC—FTIR技术研究酚醛树脂的热解过程,并用FTIR对不同温度下的受热产物进行分析。结果表明,酚醛树脂的热解可划分为3阶段:第一阶段,由于树脂中固化后残存的水分蒸发及树脂进一步缩合,质量损失率12.64%。第二阶段,质量损失速率在537.2℃时达到最大值0.151mg/min,共失重19.57%,这是酚醛树脂热分解的主要阶段,释放出H2O、低分子酚类物质(LMP)、CO2、CH4等低分子烃(LMH)和CO等热解产物。第三阶段为热解的收尾阶段,失重8.31%,释放出CH4等LMH和CO。酚醛树脂在氮气保护下的整个热解过程均需吸收热量。FTIR分析表明,酚醛树脂受热后,游离OH含量持续下降,直至完全炭化。在400℃以上,由于热解释放出LMP和CH4等LMH,产物中C—H和酚环C—O吸收峰明显降低。     

鸡粪与农林废弃物共热解对生物炭中残留重金属和抗生素的影响

为了消减畜禽粪污资源化利用过程中面临的重金属和抗生素污染风险,利用不同农林废弃物(竹屑、木屑、米糠和稻壳)在600℃下共热解的方式对鸡粪进行安全处置。结果表明:鸡粪与农林废弃物共热解所得生物炭的产率、灰分和挥发分降低,N和S的含量减少,固定碳、C和H的含量增加;随着农林废弃物添加比例的升高,共热解所得生物炭的pH、电导率和阳离子交换量降低。鸡粪与竹屑、木屑、米糠和稻壳共热解可以显著降低生物炭中Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd和Pb(除鸡粪木屑炭中的As和Pb之外)的含量,其中Cu和Zn的下降最为显著;鸡粪与竹屑共热解可以促进As向残渣态转化,鸡粪木屑炭中Ni和Cd的生物可利用态比例降低,鸡粪米糠炭中Cu和鸡粪稻壳炭中Zn的残渣态比例升高;共热解所得的生物炭中所有重金属的浸出浓度都远低于标准USEPA 1993的浓度限值,不会产生浸出毒性;鸡粪与农林废弃物共热解的中试试验结果与实验室结果相似。中试共热解所得的生物炭中4种典型抗生素泰乐菌素(TYL)、四环素(TC)、磺胺嘧啶(SDZ)和磺胺甲恶唑(SMX)的去除率均达到了100%。     

玉米秸秆的热解处理及影响因素

农业生产过程中产生的大量农业废弃物成为我国现代化农业发展的一大制约.本文讨论了农业废弃物产量、现状、传统处置方式与利弊,选取了典型农业废弃物玉米秸秆,采用热解技术,通过管式炉热解装置调查了粒径与热解终温对玉米秸秆热解三相产物分布的影响.结果表明:热解终温的提高使玉米秸秆热解的产物中固体与液体产物含量占比下降,而气体含量...     

生物质热解半焦产率及特性的实验研究

利用小型热解实验台对生物质垃圾进行实验研究，实现了对固体废弃物的资源化利用。实验过程中考察了热解反应条件对半焦产率和成分的影响；同时还研究了热解半焦二氧化碳的反应活性。研究表明，随着热解终温的提高，生物质的热解半焦产率减少。最后通过Arrhenius方程的回归分析，发现随着热解终温的提高，9种生物质的热解半焦气化反应的活化能呈增大趋势。     

乔木类园林废弃物工业组成与热解特性相关性研究

[目的]探究原料组成对园林废弃物热解特性的影响。[方法]选取北京市乔木类园林树种刺槐、毛白杨、悬铃木、国槐和洋白蜡的树枝和树叶作为试材，分析原料的工业组成、热解特性及动力学参数，研究其相关性关系。[结果]园林废弃物的工业组成与其热解特性参数具有较强的相关性，其中挥发分与灰分影响显著：原料挥发分含量越高，则其热解起始温度越低，最大热失重速率绝对值越大，热解反应速率常数越大，热解反应易发生且较为剧烈；灰分含量越高，则热解残炭率越大且最大热失重速率绝对值减少、热解速率常数越小，热解转化反应越缓慢。[结论]该研究可为分析判断园林废弃物热解转化特性提供科学参考。     

基于微分积分法和Friedman等转化率法的生物质热解动力学研究

生物质热解动力学是生物质热解反应器设计和优化的理论基础。本文在5、10、15℃/min等3种不同升温速率下对核桃壳、纤维素以及木质素进行了热重分析,并通过微分积分法和Friedman等转化率法进行热解动力学研究。结果表明,木质素含量高的生物质固体残渣含量高,反应速率低;纤维素含量高的生物质固体残渣少,反应速率高;升温速率的加快会使最大失重速率增大,热解过程向更高的温度范围移动。对3种生物质样品进行热解动力学研究,发现微分积分法的R2明显高于Friedman等转化率法,计算的动态参数更准确可靠;微分积分法中一维扩散反应模型（D1）是反应核桃壳、纤维素和木质素热解过程的机理模型,该方法计算得到的3种生物质样品活化能表现为纤维素>核桃壳>木质素。     

水稻秸秆成型燃料热解特性试验研究

秸秆是我国最主要的生物质资源,对其进行热解是将生物质能转换为高效高品位清洁能源的最有效措施之一。利用热重分析方法对水稻秸秆及木屑成型燃料热解特性及其动力学规律进行了研究,分析了试样以不同升温速率在氩气气氛下进行热解的试验结果。结果表明:水稻秸秆成型燃料热解过程划分为三个重要阶段,即预热解、快速热解和慢速热解阶段;热解最大速率会随着热解升温速率的升高而增大,有利于热解进行,但会造成反应不彻底等问题,因此温升速率不宜过高;通过对比两种成型燃料的热解性能得到,木屑成型燃料的热稳定性优于水稻秸秆成型燃料;对水稻秸秆成型燃料热解进行动力学参数计算得到:活化能和指前因子会随着升温速率的升高而增大,线性拟合系数均在0.99之上,说明主反应阶段符合一级反应模型。     

污泥与秸秆共热解制备生物炭研究进展

热解是实现农业废弃物资源清洁、高效利用的重要技术。将污泥与秸秆混合共热解是生物质资源利用的重要方法,两者混合热解制备生物炭不仅能同时处理2种数量庞大的农业废弃物,还能有效解决能源短缺和环境污染带来的问题。本文综述了污泥与秸秆共热解制备生物炭的研究进展,介绍了共热解产物污泥-秸秆炭对土壤的改良作用和吸附炭的利用,以及热解温度、混合比例、停留时间、升温速率、催化剂添加等热解工艺对污泥-秸秆炭的影响,并对污泥与秸秆共热解技术的发展前景进行了展望。     

几种生物质热解炭基本理化性质比较

生物炭由生物质材料在无氧或缺氧条件下经高温裂解形成,是土壤改良和废弃物处理的良好改良剂。选取五种生物质原料(大豆秸秆、玉米秸秆、水稻秸秆、稻壳和松针,均为农林废弃物),经300、400、500、600和700℃热解2 h,测定其结构及理化性质。研究结果表明,生物炭炭化结构良好清晰;生物质形成生物炭在BET比表面积、T-PLOT微孔容积、p H和阳离子交换量值方面均随热解温度升高而升高,大豆秸秆和玉米秸秆比表面积在700℃时达到最高;平均孔径随热解温度升高有一定程度下降;700℃下水稻秸秆和稻壳形成生物炭具有最高硅含量。除松针炭外,其余各生物炭呈碱性。     

天冬酰胺热解机理的研究

用ＤＴＡ、ＴＧ方法研究了天冬酰胺的热解反应，整个反应分两步进行，第一步发生在３９０Ｋ左右，第二步发生在５１９Ｋ左右，失重率分别为１７．５８％和３８．６０％。用ＩＲ方法分析了不同热解阶段的产物，并用ＭＮＤＯ方法优化了天冬酰胺、热解产物及热解中间产物的几何构型，计算了各分子中的键长、键角、键级和有关的成键双原子作用能，根据实验分析，结合ＭＮＤＯ计算结果，提出了天冬酰胺的热解机理。     

畜禽粪便的热解特性和动力学研究

利用热重-微商热重的分析方法对猪、牛、鸡和羊4种畜禽粪便的热解行为进行了研究。热重试验样品粒径为0.2mm,高纯氮气为热解环境,加热起始温度为20℃,终止温度为900℃。通过对热重(TG)曲线和微商热重(DTG)曲线的分析,得出畜禽粪便热解过程的脱水、过渡、主要失重和炭化4个阶段以及主要热解阶段的几个特征值参数;考察了加热速率对样品热解过程的影响,发现加热速率对样品热失重速率影响比较明显;利用试验所得数据,通过建立反应动力学方程,采用一级单组分和一级双组分分阶段反应模型,求出不同畜禽粪便在相应热解条件下的反应动力学参数,结果显示,几种样品的表观活化能值都在100kJ·mol-1以下,说明几种热解对象都很容易受热分解。     

TG-FTIR联用下生物质废弃物的热解特性研究

采用TG-FTIR(热重-傅立叶红外光谱)联用的分析方法对红松锯屑的热解失重特性和产物生成特性进行了研究.结果表明,红松锯屑热解失重的主要阶段发生在200～450℃间,反应符合一级反应动力学模型,活化能在70～80 kJ·mol-1之间.小粒径有利于热解反应的进行,且该现象随着升温速率的增大而变得显著,但在本实验的梯度水平下粒径对热解特性的影响相对较小.升温速率对热解特性的影响相对较大,高的升温速率导致热解起始温度和失重峰温度向高温区移动,加快了热解进程,且升温速率达到50 K·min-1时,在735℃左右观察到特殊失重峰.FTIR的实时分析结果表明,热解的气态产物主要有CO2、CO、CH4和其他低分子烃类,通过对产物浓度变化的半定量分析,验证了粒径对热解特性的影响效果以及735℃左右特殊失重过程的存在.     

流化床快速热解笋壳的研究

以笋壳为原料,石英砂为流化介质,在自行研制的流化床快速热解装置上进行热解试验,研究了热解温度、物料尺寸、进料速率、滞留时间和添加剂对笋壳热解产物分布的影响。结果表明:加入添加剂KNO3热解效果较好,较佳工艺条件是热解温度500℃、物料尺寸1.0 mm、进料速度50 g.min-1、滞留时间0.8 s、KNO3浓度0.4%,液体产率可达62.7%。     

甲烷高温热解制备乙炔的理论研究

通过密度泛函理论和反应力场分子动力学模拟,探讨了甲烷(CH₄)在不同温度和压强下热解到乙炔(C₂H₂)的过程.结果表明,高温低压有利于该转化过程.热解的最佳温度是1 800 K,最优压强是70～80 kPa.在高温下通过分子动力学模拟观察到：C₂H₂的主要形成源自C₂H₃的解离脱氢和C₃H₅的C—C键断裂,主要消耗在C₂H₂自身的吸氢,以及与CH₃和CH₂自由基的碰撞;同时也发现了一些新的反应途径.     

秸秆热解·燃烧特性及动力学研究

利用热重分析仪,采用热重-差热(DTA-TG)等现代分析测试手段,对石家庄近郊的水稻、小麦、玉米秸秆的热解和燃烧特性进行研究,确定不同升温速率下反应动力学参数。结果表明:秸秆热解分为4个阶段,即干燥阶段、过渡阶段、热解阶段、炭化阶段。随着升温速率的增加,第一阶段的终止温度相似,第二至四阶段中,随升温速率的提高,热解起始温度、质量损失速率最大时候的终止温度和最大质量损失率均提高;秸秆燃烧随着升温速率的增加,秸秆的挥发分析出燃烧温度与固定碳开始燃烧温度都随之变大;研究不同升温速率下的动力学模型,发现秸秆热解和燃烧的动力学参数有所不同;对比不同种类的秸秆燃烧与热解的特性,发现同一地区的玉米秆、稻秆和麦秆这3种生物质的热解与燃烧规律基本一致。     

我国南方3种主要作物秸秆炭的理化特性研究

以我国南方水稻(D)、棉花(M)和玉米(Y)3种主要作物秸秆为研究对象,研究了400、450、500℃温度下制备的作物秸秆炭的主要理化特性。研究结果表明:生物炭的出产率因热解温度和秸秆种类而异,一般低温出产率高,高温趋于稳定,3种物料灰分含量是DYM;生物炭p H值随热解温度升高而增大,且均呈碱性;比表面积总体上随温度增加而增加;有机碳和总氮含量随热解温度升高而降低,总磷和钾含量随热解温度升高而增加;不同秸秆炭所含官能团基本相同,-OH随温度升高呈减弱趋势,而芳香性结构增加。经综合对比,推选500℃下制备的生物炭较好。     

椰壳热解活化制备活性炭及其机理研究

利用热解活化法制备高吸附性能的椰壳活性炭并对其热解活化机理进行研究。结果表明,在热解活化温度为900℃,保温5 h,升温速率为10℃/min时,可以制备比表面积为1 047.65 m~2/g的椰壳活性炭,其中总孔容为0.51 cm~3/g,微孔孔容为0.44 cm~3/g。该活性炭的碘吸附值为1 302 mg/g,亚甲基蓝吸附值为195 mg/g。结果表明:在不添加任何活化气体或化学试剂的情况下,热解活化制备高吸附性能椰壳活性炭的机理可能是由于热解活化过程中,热解释放气体,造成一部分孔隙;高温下未炭化物芳构化形成石墨微晶,键断裂时释放部分气体;这些气体作为活化剂对椰壳原料进行了自活化,生成一定孔隙;在密闭的情况下,热解产生气体,使得反应器内产生微压力,对孔隙的形成有一定作用。