浒苔热解与燃烧过程分析及动力学研究

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海洋中的藻类资源由于其高效的光合作用效率,快速的生长速率以及巨大的资源储量受到了国内外学者的广泛关注。尤其是由于水体污染、富营养化等原因,赤潮、绿潮的爆发愈来愈频繁,以浒苔(Enteromorpha prolifera)绿潮为例,我国北部沿海城市每年都会打捞巨量的浒苔,处理方式主要为露天堆放或者填埋处理,如何有效洁净利用浒苔资源迫在眉睫。目前国内外尚无关于浒苔与煤的混合燃烧过程研究,二者燃烧过程中是否存在协同作用不明确。本文首先选择浒苔与大同无烟煤、大同烟煤分别掺混作为实验材料,使用热重分析仪考察其单独燃烧与掺烧过程,并对实验数据进行了动力学分析。结果表明:煤与浒苔单独燃烧及混合燃烧过程均可以划分为三个阶段,掺烧时随着浒苔质量分数的增加,主要燃烧阶段活化能升高,综合燃烧特性指数变小;大同无烟煤掺烧25%的浒苔时,二者存在明显的协同效应,相对值可达35%,大同烟煤掺烧25%的浒苔时,二者在480℃左右存在一定的抑制作用,相对值可达-11%;动力学分析表明:采用2个连续一级反应模型,可以很好地描述其掺烧过程,活化能和指前因子存在动力学补偿效应。煤的可替代产物-兰炭(semi coke),作为一种固体炭质产物,其物理化学特性接近于优质无烟煤,常用于农村地区小型锅炉用以解决煤散户直接燃烧烟煤等劣质煤造成的环境问题。随后本文对固体炭质产物兰炭与浒苔掺混燃烧过程进行了热重分析,并对其进行了动力学分析。结果表明:兰炭与浒苔单独燃烧及掺烧过程均可以划分为三个阶段,随着浒苔质量百分比的增加,着火温度降低,燃尽温度降低,燃烧温度区间变窄,活化能升高;掺烧的第二阶段(200~650℃)存在明显的协同效应,相对值可达35%;动力学分析表明采用2个连续一级反应模型可以很好地描述其掺烧过程,活化能和指前因子存在动力学补偿效应。目前关于微藻与塑料典型组分的研究较少,关于塑料与生物质共热解的反应机理尚不明确,本文正是以此为基础,最终考察了浒苔与废塑料中的典型组分聚氯乙烯(PVC)及聚苯乙烯(PS)的共热解过程,并进行了动力学分析,建立了反应动力学模型。研究表明,提高升温速率,可以使主要热解温度区间朝着高温区移动,热解速度变大;随着浒苔质量分数的增加,PVC与浒苔共热解主要热解温度区间朝着低温区移动,PS与浒苔共热解主要热解温度区间朝着高温区移动;PVC与浒苔共热解具有较好的协同作用,PVC质量分数为75%时,相对值可达34.5%;PS与浒苔共热解具有一定的抑制作用,PS质量分数为50%时,其相对值可达28%;动力学分析表明,一级动力学模型可以很好地描述二者的共热解过程,二者存在动力学补偿效应。
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