餐厨垃圾分选有机废物热解动力学特性分析

针对餐厨垃圾生物处理过程中产生的有机废物,为了实现餐厨垃圾的资源化利用,使用热重分析仪对其典型组分:塑料、骨头及难降解生物质,进行了单独及混合热重(TG)特性研究。结果表明:难降解生物质(BRB)、骨头等生物质类物质失重温度较低,最大失重率温度分别为325和341℃,塑料的失重温度较高,最大失重率温度在475℃;通过对混合物料的热重曲线和动力学分析,在较低温度(400℃),塑料和骨头对热解过程有一定的抑制作用,而在高温(400℃)状态下,二者在热解过程中有协同作用;含有3种组分的实际物料在166~361℃条件下热解过程符合二维相界反应(函数为2(1-α)1/2);而在361~550℃热解符合三级动力学反应(函数为(1-α)3),在整个温度阶段(166~550℃)中的实际活化能低于模拟活化能(59.6986.57 k J·mol-1),表明3种物料混合热解有协同作用。     

初始温度对废轮胎热解的影响

以管式炉热解实验和热重分析为基础,研究了初始温度对废轮胎热解产率及气相产物特性影响。结果表明,初始温度对废轮胎的热解存在重要影响。热重分析结果表明,废轮胎的热解过程存在2个主要失重过程,第一失重温度区间为200～500℃,第二失重温度区间为650～800℃;升温速率仅改变了热解的最大失重速率,并未改变废轮胎最终热解失重率;可通过提高升温速率能够缩短热解反应时间。在初始温度低于100℃时,废轮胎在800℃时热解已基本结束;当终温为800℃、初始温度在100～550℃范围内时,随着初始温度的提高,固、气两相产物产率均提高,而液相产物产率降低;其中气相中H2、CO和CH4的含量高于初始温度小于100℃时的含量;分析认为,可以通过调节热解的初始温度调节废轮胎热解在不同热解阶段的时间分配,适当提高热解初始温度有利于提高整个热解过程中的时间利用效率、改变废轮胎热解产物的分布;废轮胎热解气化的最佳温度区间为500～800℃。     

含油污泥与玉米秸秆共热解协同特性

利用热重-傅里叶变换红外分析仪(TG-FTIR)对含油污泥与玉米秸秆共热解特性进行了研究,分析了各温度段的协同效应。TG分析表明,共热解主要呈现3个阶段:挥发分的析出(210～520℃)、碳酸盐的分解(600～780℃)、长链难分解重质油的热裂解和半焦的气化(900～1100℃),且在不同热解阶段呈现出不同的协同效应。热解动力学分析表明,含油污泥与玉米秸秆共热解后,第1阶段的活化能有所增高,而第2、3阶段的活化能大幅降低。FTIR分析表明,第1、2阶段,共热解与单一物料热解的产物种类基本一致,而在第3阶段,共热解使含油污泥热解产物甲基化合物发生分解和转化。含油污泥与玉米秸秆共热解可促进CO_2、CO、CH_4和C=O化合物的析出,其中添加玉米秸秆质量分数为10%时,对CO_2、CO和CH_4析出的促进作用最强,添加30%时则对C=O化合物的析出更为有利。     

废弃植物中药渣的热解特性及动力学研究

采用热重分析法(TGA)对丹参中药渣的热解特性及其动力学规律进行了研究。分析了不同升温速率(10、30和50℃/min)和不同粒径(0.85~0.6、0.3~0.18和0.125~0.1 mm)药渣的热解特性。结果表明,药渣热解可分为3个阶段:预热干燥阶段、主热解阶段和碳化阶段,随升温速率的升高,热重(TG)和微分热重(DTG)曲线向高温侧移动,药渣的最大失重速率也显著增加;与大颗粒相比较小颗粒的挥发分产量较大。采用Coats-Redfern法和Flynn-Wall-Ozawa(FWO)法对药渣热解的动力学进行分析,选出了较为合理的机理函数,并计算得出药渣热解活化能为62~72 kJ/mol。     

含油钻屑的热解特性

在石油勘探和页岩气开采中会产生大量废弃含油钻屑,热解是实现含油钻屑废弃物资源化利用的有效途径。采用TG-FTIR研究了含油钻屑热解及产物分布特性,并在固定床上考察了温度以及热解时间对含油钻屑热解气和热解油的影响规律,对含油钻屑提取油与热解回收油成分进行了对比分析。结果表明:含油钻屑热解经历干燥脱气、轻质油热解、重质油分解和矿物质裂解4个过程;350~550℃时热解回收油与含油钻屑提取油中烃类物质组成相似,热解油可以循环利用;含油钻屑550℃下热解80 min,热解油回收率达65%,部分油发生裂解,残渣含油率仅为0.28%。     

灰色预测模型及分布活化能模型在废电路板热解中的应用

分别在管式炉反应器和热天平上对废电路板的热解行为进行实验研究。在管式炉反应器上考察了在同一升温速率（20 K/min）下不同热解终温 (400、500、600、700和800℃) 对废电路板热解产物产率的影响。在相关实验数据的基础上尝试用灰色理论及方法建立基于热解终温的废电路板热解灰色产率预测模型GM(1,1)，预测结果与实验数据对比表明，该预测模型精度较高，能够较好地对不同热解终温下废电路板热解产物产率进行预测。此外，在热天平上获得的不同升温速率（10、15和20 K/min）下的热失重曲线表明，废电路板的失重速率峰随升温速率的提高逐渐向高温侧移动。采用分布活化能模型对废电路板热失重曲线进行动力学分析，获得废电路板热解活化能的变化曲线。计算结果表明，废电路板热解过程中活化能并不是单一数值，而是随失重率变化的一个函数。所得废电路板热解活化能值在140～250 kJ/mol范围内变化，当失重率在10%～60%之间，活化能值总体呈缓慢上升的趋势，但当失重率＞60%时，活化能值由155.4 kJ/mol迅速增加到244.4 kJ/mol。     

TG-FTIR研究生物质成型燃料热解与燃烧特性

利用热重-红外联用分析仪(TG-FTIR)研究了生物质成型燃料(玉米秸杆)的热解和燃烧特性。结果表明,热解和燃烧反应过程均可分为3个阶段:干燥脱气(100~200℃)、挥发分反应(200~400℃)与碳化反应(400~1 000℃)。热解和燃烧主要失重阶段(200~400℃),燃烧反应速率总体上大于热解反应速率。利用Coats-Redfern方法对玉米秸杆的主要失重阶段进行动力学分析发现,热解和燃烧的反应过程符合一级反应模型;在主要失重阶段(200~400℃),热解和燃烧所需的活化能相差不大。FTIR分析表明,热解的气相产物主要分为轻质类气体(H2O、CO2、CO、CH4、HCl、NH3和HCN)和焦油类(酸类和酚类)物质,而燃烧的气相产物主要以CO2和H2O析出为主。     

废聚氨酯的热解及产物分析

利用热重分析仪和管式炉对废聚氨酯进行热解实验,研究了废聚氨酯的热解特性及热解产物.结果表明,废聚氨酯热解有3个失重阶段,热失重主要发生在200～440℃,600℃热失重趋于稳定.红外光谱图分析发现,热解过程中有大量CO和CO2产生.气质联用检测结果分析显示,热解产物复杂,液体产物中检出苯胺、p-苯胺、苯甲腈等多种芳香类化合物,气体产物以低碳的烷烃和烯烃为主,还检测出有机氯化合物,这是废聚氨酯中氟利昂类发泡剂所致.     

城市生活垃圾与园林废弃物的共热解特性

为实现城市生活垃圾减量化、无害化和资源化,采用热重分析天平和实验室固定床热解反应器进行城市生活垃圾(MSW)与园林废弃物共热解实验,研究了不同热解终温、松树枝和柳树枝添加比例对热解产物产率影响,并利用气质联用色谱分析仪(GC-MS)对热解油进行表征分析。实验结果表明:MSW、松树枝和柳树枝的热解过程均可以分为3个阶段,主要包括脱水、热解、炭化;MSW、松树枝和柳树枝单独热解时最大失重速率分别出现在321.48、358.23和377.83℃;MSW与松树枝共热解DTG曲线在热解反应第2阶段有2个析出峰,分别在342.32℃和471.48℃,比MSW单独热解时,失重率增加了7.29%。当城市生活垃圾与松树枝、柳树枝的添加量分别为3∶1时,热解液体产物产率明显升高,热解油中醇类、羧酸类、醛类等含氧有机物的含量降低,热值增加,热解油中氧含量降低,且松树枝对共热解焦油的脱氧效果更为显著,热解油品质得到提升。     

报废风机叶片热处理特性及动力学分析

为研究退役风机叶片热处理特性,开展风机叶片的玻璃纤维/环氧树脂风机叶片材料4个不同升温速率(5、10、20、40℃·min^-1)及2种载气氛围(氮气、空气)的热重实验,结合动力学方法对各个反应过程进行研究。热重分析表明玻璃纤维/环氧树脂风机叶片在氮气氛围下存在2个失重阶段,500℃以后质量基本稳定;在空气氛围下存在3个失重阶段,600℃以后质量基本稳定,说明氧气的参与影响了玻璃纤维/环氧树脂的热分解特性。对比不同升温速率下的TG/DTG曲线,随升温速率的提高,TG曲线逐渐向高温方向移动,DTG曲线最大失重率逐渐降低,整个反应过程的质量损失也发生小幅下降。使用Kissinger-Akahira-Sunose(KAS)和Flynn-Wall-Ozawa(FWO)方法研究其动力学过程,结果表明在热解和氧化反应条件下用2种动力学模型求解的活化能取值范围分别为135.14～207.24、137.64～207.58 kJ·mol^-1和117.95～172.19、119.31～173.22 kJ·mol^-1,平均值分别为179.30、...     

废弃印刷线路板最佳分离参数的实验研究

为研究废弃印刷线路板的热解特性,确定金属和非金属分离的热解最佳参数,用差热-热重联用分析仪对FR-4型印刷线路板进行了热失重分析,并对影响废弃印刷线路板中金属和非金属分离效果的升温速率、颗粒尺寸、热解终温和保温时间等主要因素进行了实验研究。结果表明,FR-4型线路板在320~360℃区间热失重速率达到最大值;升温速率越高,热解起始温度、终止温度和失重峰温也越高,显著失重过程持续的时间越长;当热解终温相同时,升温速率对FR-4型线路板的热失重率影响很小。综合考虑FR-4型废弃印刷线路板中金属和非金属的分离效果、热解装置的设计、热解过程的能耗以及运行过程的控制等因素,最佳热解参数建议设定为升温速率为10℃/min,热解终温为500℃,保温时间取30 min为宜。     

不干胶废弃物热解与燃烧动力学特性

采用热重分析方法对不干胶废弃物(PSAs)进行了热解和燃烧失重分析,并采用Doyle法拟合计算了PSAs热解和燃烧动力学参数。结果表明:当温度低于200℃或高于600℃,PSAs的热解和燃烧失重过程具有性;300~600℃时,PSAs热解过程具有3个失重峰,而其燃烧过程具有2个失重峰。动力学分析结果表明:PSAs的热解是由多阶段复杂的热裂解反应组成,其热解过程可用4个一级反应来描述,随着升温速率的提高热解阶段第1峰区表观活化能降低;而第2、3峰区以及半焦深度裂解阶段的第4峰区活化能逐渐升高;PSAs燃烧过程可用3个一级反应来描述,随着升温速率的提高,PSAs燃烧过程的表观活化能均逐渐降低,并且燃烧表观活化能均低于热解表观活化能。     

污泥中抗生素热解特性及动力学分析

通过分析污泥中3种典型抗生素环丙沙星(CIP)、土霉素(OTC)和磺胺二甲嘧啶(SM2)的热解过程与失重特性,研究其热解动力学特征。结果表明:CIP、OTC、SM2主要热解温度区间分别为150~625℃、220~600℃、260~480℃;初始热解温度以及最大失重峰对应温度均为OTCSM2CIP;CIP热解具有2个失重峰,OTC与SM2热解仅有1个失重峰;且SM2热解失重峰最高,反应最剧烈;抗生素热解最终残留物均为残碳,且CIP热解残留率最低,为18.9%。抗生素热解过程可分为3阶段:第1阶段反应级数均为2级,活化能最高,频率因子最大;OTC、SM2与CIP热解平均活化能分别为50.19、72.31、81.85 k J·mol-1,说明OTC热解反应最容易进行,CIP热解则相对较难。上述结果将为污泥热解炭化工艺实现抗生素消减提供良好的理论基础。     

罐底含油泥热解动力学参数计算方法的优选

在化学反应设计中反应动力学是较重要的因素。为得到更合理的污泥热解动力学参数计算方法,利用热重分析仪,在氮气气氛下对罐底含油污泥的热解特性进行研究。根据热重实验数据,分别采用Coats-Redfern法、Kissinger法、FWO法和Popescu法计算污泥热解动力学参数,并获取罐底泥热解制油的主要阶段(第2阶段)的反应活化能E、频率因子A并分析各种方法反应机理。通过对比不同计算方法得到动力学参数及拟合曲线与实验曲线的相关性,确定了最佳罐底含油污泥热解动力学参数计算方法。研究表明,Popescu法得到罐底泥的热解过程符合Jander方程,活化能E为101.43 kJ/mol,与FWO法得到的91.20 kJ/mol相近,且预测曲线与实验曲线有较好的相关性(0.9816),说明Popescu法计算罐底泥热解动力学参数更合适。     

城郊乡村生活垃圾衍生燃料热解特性研究

将城郊乡村生活垃圾加工成粒径6.0 mm左右的垃圾衍生燃料(RDF),采用热重(TG)分析和红外光谱等研究其热解特性.结果表明:(1)在RDF挥发分阶段和生物质挥发分阶段,助燃添加剂处于活泼分解阶段,加入了30％(质量分数)秸秆、玉米芯等生物质作助燃添加剂后的RDF(以下简写为混合RDF)分子碎片正发生内部氢重排,总体挥发分产物较多,并且有明显的二次裂解,失重提高到4.85 mg,失重率约提高12％.在RDF与生物质重叠的碳固定阶段,助燃添加剂失重率有一定提高,热重微分(DTG)峰值速率增加,为RDF碳固定阶段的进一步热解提供了良好的支持.(2)快加热产气速率均大于慢加热.(3)热解终温越高,越有利气体析出.(4)RDF的热解固体产率随着热解终温的升高而降低,在850℃时为31.9％;热解气体产率随着热解终温升高而迅速升高,在850℃时可达49.8％.(5)根据红外光谱图,城郊乡村生活垃圾加工成的RDF中所含的氯元素基本上以HCl形式释放.(6)一级动力学反应可以准确地描述物料热解过程.     

热红联用研究废聚氨酯硬泡的燃烧特性

在热重分析仪上对废聚氨酯硬泡在空气中不同升温速率下加热的热失重行为进行了研究,并就升温速率对其热失重行为的影响进行了探讨.结果表明,随着升温速率的提高,废聚氨酯硬泡在空气气氛下热失重时挥发分析出温度(Ts)向高温区偏移,失重速率峰值(DTGmx)显著增大；空气气氛下,废聚氨酯硬泡热失重时有3个失重峰,后2个峰失重率分别约为41.51％和51.96％.同时,结合傅里叶变换红外光谱仪对各条件下的气体产物进行了定性分析,并对主要气体产物的释放规律做了探讨分析.实验发现,废聚氨酯硬泡热解燃烧失重主要阶段的产物种类相似,都检测到了CO、CO2、H2O、三氯一氟甲烷(CFC-11)、烯烃类、烷烃类、醇类、含氯化合物和带有苯环类化合物的特征吸收峰；主要气体产物有相似的析出规律,说明升温速率的变化并未影响到样品在空气气氛下的反应机制.     

废晶体硅光伏组件中乙烯-醋酸乙烯共聚物热处理及产物分析

利用热重分析仪和管式炉对废晶体硅光伏组件中的乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)进行热处理实验,研究了EVA的热失重特性及热处理产物。结果表明,EVA在氮气和氧气气氛中均为两个阶段失重,失重温度分别为300~520、250~550℃,最终失重率均在99%以上。经气相色谱—质谱联用分析,EVA在氮气和空气气氛中的热处理气体产物均为二氧化碳和C5以下的烷烃及烯烃,热处理液体产物以长直链的烷烃和烯烃为主,并带有少量的芳香类化合物和醇类物质。     

热解含油污泥制备吸附剂及热解过程的优化

为资源化利用油田含油污泥,对高含油的孤岛采油厂含油污泥进行热解处理研究,以苯酚吸附值为基准对热解工艺过程进行优化,并采用ICP-MS、元素分析仪、气相色谱质谱仪和SEM对热解油品和残渣性质进行分析;正交实验和单因素实验结果相一致,热解最佳工艺条件为:N2保护下,热解温度550℃,热解时间4 h,升温速率10℃/min,此时苯酚吸附值为29.26 mg/g。通过对热解残渣苯酚吸附值为基准进行正交实验极差分析,热解温度的影响最大,其次是热解时间,最后是加热速率。SEM结果显示,热解含油污泥制备的固体残渣具有丰富的微米孔,可将其制备成多孔固体吸附剂。初步研究结果表明,含油污泥热解处理实现了无害化和资源化目的,满足国家节能减排的战略要求和农用污泥排放标准。     

生活污泥与煤混烧及热解特性

采用热重分析法,对生活污泥与煤以1∶1质量比混合的试样进行燃烧及热解实验研究,重点分析了升温速率对其热解及燃烧特性的影响,为煤泥混烧及热解技术的工业化应用提供理论支持。结果表明:煤泥混合样燃烧失重分为4个阶段,混燃过程中污泥与煤共同影响着混合试样的燃烧特性,随着升温速率从15℃·min~(-1)增加到50℃·min~(-1),其可燃性指数C增幅达60%和综合燃烧特性指数S提高了4倍多,燃烧性能得到明显提高;煤泥混合样的热解失重分为2个阶段,各阶段热解的挥发份最大析出速率(dw/dt)_(max)及挥发分析出特性指数D均随升温速率的升高而大幅增大,且试样总的挥发综合释放指数D从0.081 7×10~(-8)K~(-3)·min~(-2)增大到5.868×10~(-8)K~(-3)·min~(-2),可见升温速率越高,煤泥混合物的热解性能越好。     

不干胶废弃物热解焦燃烧特性

采用非等温热重分析和固定床热解实验研究了不干胶废弃物热解焦生成特性及热解焦燃烧特性,并计算了不同升温速率下热解焦的燃烧动力学参数。结果表明,不干胶废弃物热解焦产率随温度升高而逐渐降低,当热解终温在400~700℃时,热解焦产率在34.64%~22.03%之间;空气气氛下热解焦燃烧过程包括3个阶段:挥发分燃烧阶段(390~600℃)、混合燃烧阶段(390~600℃)和残炭燃烧与矿物分解阶段(650℃);升温速率对热解焦燃烧效果作用明显,升温速率越大,燃烧特性指数越高,燃烧稳定性越好;热解焦燃烧过程可以通过3个一级反应描述,当升温速率为40℃/min时热解焦燃烧各阶段表观活化能明显降低,表明升温速率提高有助于热解焦的燃烧反应活性,更有利于燃烧反应的进行。