不同氧浓度下脱脂餐厨垃圾燃烧特性及动力学研究

利用热重分析法和Coats-Redfern积分法,对不同氧浓度下脱脂餐厨垃圾的燃烧特性进行研究,得到了各试样的着火温度、燃烬温度及综合燃烧特性指数,并通过燃烧动力学分析得到各试样的活化能。实验结果表明,燃烧温度从室温升至1 000℃时,脱脂餐厨垃圾燃烧过程可分为3个失重阶段:水分析出阶段、挥发分析出及燃烧阶段和固定碳燃烧阶段;随着氧浓度的升高,脱脂餐厨垃圾最大失重率以及燃烧特性指数等燃烧特性参数都有显著变化。根据Coats-Redfern积分法计算得低温和高温阶段的活化能分别为83.76~91.2 k J/mol和95.25~141.7 k J/mol。     

餐厨垃圾中典型组分的裂解液化特征研究

利用实验室规模的实验装置管式加热炉进行餐厨垃圾热解实验,实验分析了反应温度对餐厨垃圾热解产物分布的影响,米饭、白菜、猪肉、塑料和纸5种原料在最佳温度下可实现热解油质量产率的最大化,分别为45.02%、24.55%、61.19%、73.77%和24.86%。其中,米饭和白菜热解油含水率较高,可达到30%~40%,将含水率降到15%后,测定热值分别为25.51 MJ/kg和17.75 MJ/kg。塑料和纸混合热解时,塑料热解过程的放热效应可缩小纸的热解温度区间,增加热解油产量。红外光谱分析厨余热解油包含多种含氧有机物。通过气质联用仪(GC-MS)分析塑料热解油和塑料与纸混合热解油在180℃以下蒸馏出的液相产物,主要组分为烷烃和烯烃,从成分和热值分析,与汽油、柴油相近。     

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.     

网络版论文摘要

正典型农作物秸秆热失重特性的研究张艳解海卫(天津商业大学机械工程学院,天津市制冷技术重点实验室,天津300134)为了从机制上探究生物质与城市生活垃圾混烧特性,用热重分析法对典型农作物秸秆(玉米秆和豆秆)的热解规律进行了研究。结果表明:生物质的热解温度和着火温度较     

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。     

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。     

生活垃圾灰渣对生物质的热解特性及动力学的影响

生活垃圾热解焚烧产生的热灰渣可以作为热解过程的热载体。为研究灰渣对生活垃圾中生物质热解的影响,在热重分析仪中将生活垃圾的典型组分木屑和纸屑分别与2种垃圾灰渣混合热解,并进行热解动力学研究。结果表明,城市生活垃圾的热解焚烧炉灰渣(A灰)可以提高木屑和纸屑的热解转化率,比理论值高出4%～5%。农村生活垃圾热解焚烧炉的灰渣(B灰)对纸屑热解具有促进作用,但对木屑的热解没有显著影响。动力学研究表明,混入A灰后,木屑热解的第1、第2阶段的表观活化能都大幅降低,与其提高木屑的热解转化率的结果相一致。B灰也使得木屑的热解第1阶段活化能降低。此外,A灰和B灰均可以显著降低纸屑第1段热解的活化能。     

温度和物料配比对餐厨垃圾与果蔬垃圾协同厌氧产氢的影响研究

采用餐厨垃圾和果蔬垃圾协同厌氧产氢工艺,通过pH、氨氮、还原糖、溶解性COD(SCOD)等指标变化规律、产氢动力学和相关性分析,研究不同温度和物料配比(餐厨垃圾与果蔬垃圾的湿质量比)对协同厌氧产氢潜力的影响。结果表明,温度和物料配比对餐厨垃圾和果蔬垃圾协同厌氧产氢均有显著影响。高温组(55℃)物料配比为1∶4时累积产气量和氢气体积分数最大,分别为510mL和52.57%;中温(35℃)组物料配比为1∶2时累积产气量最大为200mL,物料配比为1∶1时氢气体积分数最大为5.45%。相关性分析表明,pH与累积产气量呈显著负相关,氨氮与累积产气量呈显著正相关。高温协同厌氧产氢可有效提高微生物活性和产氢潜力,促进餐厨垃圾和果蔬垃圾的有效利用,实现有机废弃物的绿色能源化。     

生活垃圾和玉米秆混合热解动力学及产物分布

为探讨生活垃圾和玉米秆共热解过程中的协同关系和产物分布,采用热重分析仪对生活垃圾、玉米秆及其混合物进行了热解实验研究,并进行动力学计算。结果表明,混合热解可分为脱水、热解、炭化、焦催化气化4个阶段,前3个阶段与单独热解过程类似,第4个阶段与单独热解相比失重明显增加,表明混合热解过程中存在协同效应;混合物热解的实际活化能为28.492 k J/mol,低于单独热解及其混合物热解理论活化能,可见混合热解利于热解反应进行。为明晰混合热解对热解反应的促进作用,利用固定床热解实验,研究了混合比例对产物产率和热解气各组分产率的影响。结果表明,在不同混合比例下,固液实际产率低于理论值,而气体实际产率则比理论值高;混合物料热解气中H2、CH4、CO2产量均高于其理论值,而CO产量却相反,低于其理论值。     

不干胶废弃物热重分析

为了探索不干胶类包装废弃物的热解特性,采用热重分析手段分析了不同升温速率条件下不干胶类废弃物的失重特点,并且采用Ozawa法和KAS法比较分析不同转化率条件下的表观活化能分布.热重分析结果表明,不干胶类废弃物的热解主要分为3个阶段:第1阶段(室温～ 200℃)为不干胶类废弃物的干燥阶段,第2阶段(200 ～ 590℃)为热解的主要阶段,第3阶段(590 ～800℃)为热解半焦的深度热解阶段.升温速率对热解失重率有重要影响,Ozawa法和KAS法计算结果表明,2种方法计算的热解活化能比较接近,Ozawa法得到的活化能为349.9 kJ/mol,KAS法得到的活化能为336.9kJ/mol;并且不干胶类废弃物的热解表观活化能呈现出阶段性分布.     

垃圾中典型组分热重分析研究

采用热重分析法研究了不同升温速率下垃圾中典型组分的热失重行为.根据热重分析曲线和实验数据,对不同加热速率条件下垃圾中典型组分的热失重行为进行了比较分析,结果表明,随着升温速率的加大,典型组分TG曲线对应的温度升高.DTG结果与组成成分的性质相关,橡胶塑料类的最大失重速率随着升温速率的加大而升高.纸类不同升温速率下对应的最大失重速度变化不大.     

餐厨垃圾与活性污泥混合厌氧发酵研究

为实现固体废弃物的能源化利用,对餐厨垃圾与污水处理厂活性污泥进行混合厌氧发酵,通过单因素实验考察了餐厨垃圾与活性污泥的物料配比、TS质量分数、接种量及温度等因素对产气性能的影响,在此基础上利用正交实验探索多因素共同作用对混合厌氧发酵产气特性及产甲烷量的影响。结果表明,多因素对累积产甲烷量的影响顺序为接种量TS质量分数温度物料配比,混合厌氧发酵的最佳条件为物料配比4∶6(质量比)、TS质量分数6%、接种量55%(质量分数)、温度40℃。三次函数可以用于模拟最佳条件下混合厌氧发酵过程中日产甲烷量与发酵时间的关系,模型拟合效果较好(P0.001),达到极显著水平,R~2为0.832,拟合结果可靠性高。     

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。     

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℃。     

船舶塑料垃圾热解特性及动力学分析

利用热重分析(TGA)研究船舶塑料垃圾在不同升温速率和不同气氛下的热解特性,并得到了热解动力学参数。结果表明,船舶塑料垃圾的热解过程主要有3个阶段,比一般塑料热解复杂;随着升温速率增大,最大热解速率和最大热解速率温度等热解特性参数也增大,反应变得更剧烈;N2/CO2比为4∶1时,热解反应进行得最完全,固体残留率最少。动力学分析表明,采用3个连续一级反应模型能很好地拟合实验数据;不同的升温速率和气氛比对反应各阶段活化能均有不同程度的影响。     

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。     

油田采油污泥的热解动力学及其热解效果研究

以新疆克拉玛依油田采油污泥为对象，分别采用热重分析仪和小型流化床热解反应器研究了含油污泥的热解过程及其热解效果。结果表明，油泥热解主要经历了失水、轻质组分挥发、重组分快速热解失重和缓慢失重4个阶段，热解过程基本符合一级动力学方程，提高热解的升温速率，可使油泥的最大失重速率D_max、失重速率峰值温度θ_max、升温终点的最大失重率都随之增加，表现在动力学上，反映出表观活化能和碰撞频率因子的同时升高，即提高油泥热解转化率的同时也影响了热解效率。失水油泥用流化床热解，在热解温度600℃、反应时间3 min时，油泥回收率可达到87%。     

含油岩屑热解特性与资源化

采用热红联用技术(TG-FTIR)对含油钻井岩屑进行热重实验研究,通过失重率(TG)曲线、失重速率(d TG)曲线获得其相关热解参数,通过FTIR图谱定性分析热解产物;进一步通过热解实验,对含油岩屑热解产物进行定量分析。实验结果表明,根据热解产物的不同可将含油岩屑热解过程分为3个阶段:低温段(25~350℃)、中温段(350~650℃)以及高温段(650~800℃)。其热解气体产物以一氧化碳和甲烷为主,冷凝液体产物主要为烃类与芳香族化合物。并探讨了含油岩屑经热解处理后产物资源化利用的方法。     

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。     

RDF与煤粉混合燃烧特性及动力学分析

为了研究RDF掺混入煤粉内进行燃烧时对煤粉产生的影响,利用热重分析,采用分布活化能模型(DAEM)对RDF与煤粉混合试样的燃烧特性及其反应动力学参数进行了实验研究。结果表明:随着RDF在煤粉中的掺混比例的增大,燃烧反应的进行过程中热能与气氛条件的分配比煤粉单独燃烧更加合理;在400~550℃与650~750℃范围之间,RDF的掺入对于煤粉的燃烧反应起到了一定的促进作用,在550~650℃之间则起抑制作用;通过精确的动力学计算以及合理的RDF与煤粉协同作用分析可知,当RDF在煤粉中的掺混比例为50%时,RDF对煤粉燃烧促进作用最佳,且能保证较高的燃料替代率。