电石渣热分解反应动力学模型的热重实验研究
Na2CO3电石渣复合相变储热材料制备与性能
摘要为循环利用工业固体废弃物，降低储热系统成本，以工业固废电石渣替代传统骨架材料，采用冷压烧结法创新制备7种不同配比的Na2CO3/电石渣复合相变储热材料，利用差示扫描量热法、恒速增压法、电子显微法、高温热冲击法、X射线衍射法、红外吸收光谱法等方法研究其储热性能、力学性能、微观结构、热循环稳定性和化学兼容性。
结果表明，电石渣与碳酸钠结合可形成性能优异的复合相变储热材料；电石渣与碳酸钠质量比为52.5∶47.5时制备的复合相变储热材料(NC5)综合性能最佳，储热密度在100～900 ℃内达到993 J/g，抗压强度达到22.02 MPa，最高导热系数为0.62 W/(m·K)；样品NC5中不同组分均匀分布，组分间具有良好的兼容性；样品NC5经100次加热/冷却循环后仍具有优异的储热性能，可为固废资源化利用和低成本储热材料研发提供技术支持。
关键词工业固废；骨架材料；复合相变储热材料；储热性能；热循环稳定性我国“双碳”目标要求太阳能、风能等可再生能源在一次能源中的占比提高到80%以上。
然而，太阳能、风能等可再生能源具有间歇性、高波动性等特点，与人类用能规律存在严重的时空不匹配性。
大规模储能作为能量缓冲器可实现能源的“削峰填谷”，深度匹配可再生能源供应与人类用能。
然而，储电技术受当前成本高、安全性差、大容量存储难等限制，因此，大规模、低成本的储热技术则成为跨时空高效利用可再生能源的关键。
储热材料是实现大规模、低成本储热的关键。
由于显热储热材料储热密度低，相变储热材料易过冷、易泄漏、腐蚀大、导热系数低，复合相变储热技术则通过复合显热储热和相变储热材料，避免了显热储热技术和相变储热技术的诸多缺点，成为近年来国内外研究的热点。
如以Na2SO4-NaCl混合盐为相变材料，分别以α-氧化铝和莫来石作为骨架材料制备复合相变储热材料，测得Na2SO4-NaCl/α-氧化铝复合相变储热材料的熔点和潜热分别为624.3 ℃和129.7 J/g，Na2SO4-NaCl/莫来石复合相变储热材料的熔点和潜热分别为624.6 ℃和132.6 J/g，经20次加热/冷却循环后仍具有良好的储热性能和化学兼容性。
火电厂电石渣和石灰石脱硫的实验与机理研究
1 现状及可行性分析某炼油厂自备热电装置的3台SG-260/11.3-M2805高温高压循环流化床（CFB ）锅炉技术参数详见表1。
锅炉运行时烟气中SO 2通过炉内喷加石灰石粉脱除，由于该锅炉在低负荷运行时炉温在800℃左右，最低达781℃，炉内脱硫石灰石分解不完全，造成锅炉炉内脱硫效率大幅度下降，石灰石消耗大幅度增加，而相邻园区有较多的副产电石渣，其主要成分为Ca （OH ） 2，经高温后分解为CaO ，其分解温度远低于CaCO 3，可以实现锅炉低温运行状态下完全替代石灰石脱硫，既可以实现电石渣综合利用途径的拓展，又可以降低锅炉烟气脱硫成本。
表1 CFB 锅炉主要技术参数项目单位BMCR 80%BMCR 60%BMCR 40%BMCR HPOUT 主蒸汽流量t/h 260208156104208主蒸汽出口温度℃510510510500510主蒸汽出口压力MPa 11.2111.1311.0811.0311.13省煤器进口给水温度℃183183183183163锅炉保证热效率%92.0SO 2排放浓度mg/L 160脱硫效率%90t 蒸汽耗石灰石t 0.037石灰石月耗量t56002 石灰石、电石渣物化性能表征2.1 石灰石、电石渣化学组分分析石灰石和电石渣化学组成成分测定，按照GB/T176—2008《水泥化学分析方法》采用EA8000型X 射线荧光分析来检测，表2是检测的石灰石、电石渣组分分析。
由表2看出电石渣中CaO 质量分数高达66.17%和67.08%，远高于石灰石。
选用Bettersize 2000型激光粒度分析仪测定干电石渣粒径分布，如表3所示。
电石渣的粒度分布范围为0.21~240 μm ，其中粒径范围为1.0~20.0 μm 的颗粒就达42.36 %（质量分数），说明该样品电石渣颗粒较细微，具有比较高的反应活性。
电石渣表观密度为550 kg/m 3，粒度比一般锅炉使用的石灰石粉偏细，具有更快的反应速度和更强的反应能力。
电石渣资源化应用研究进展
Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｐｒ ｏ ｇ ｒ ｅ ｓ ｓ ｏ ｎ Ｒｅ ｓ ｏ ｕ ｒ ｃ ｅ Ｕｔ ｉ ｌ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｃａ ｒ ｂ ｉ ｄ ｅ Ｓ ｌ ａ ｇ
第３ ５卷 第 １ ２期
２ ０ １ ６年 １ ２月
硅
酸
盐
通
报
Ｖｏ Ｉ ． ３５ Ｎｏ． １ ２ Ｄｅ ｃ ｅ ｍｂ ｅ ｒ ， ２０１ ６
Ｃ Ｓ０ＣＩ ＥＴＹ ＢＵＬＬ ＥＴＩ Ｎ ０Ｆ ＴＨＥ ＣＨＩ ＮＥＳ Ｅ ＣＥＲＡ ＭＩ
电石 渣 资 源 化 应 用 研 究 进 展
Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｃ ａ ｒ ｂ ｉ ｄ ｅ ｓ ｌ ａ ｇ ｉ ｓ ａ ｂ ｙ — ｐ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｔ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ａ ｃ ｅ ｔ ｙ ｌ ｅ ｎ ｅ（ Ｃ ２ Ｈ ２ ）ｐ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｄ ｅ ｉ ｒ ｖ ｅ ｄ ｆ ｒ ｏ ｍ ｔ ｈ ｅ ｈ ｙ ｄ ｒ ｏ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｒ ｅ ａ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｃ ａ ｌ ｃ ｉ ｕ ｍ ｃ ａ ｒ ｂ ｉ ｄ ｅ（ Ｃ ａ Ｃ ２ ） ． Ｔ ｈ ｅ ｃ ｈ ｅ ｍｉ ｃ ａ ｌ ｃ ｏ ｍｐ ｏ ｎ ｅ ｎ ｔ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｒ ｍ ａ ｌ ｄ ｅ ｃ ｏ ｍ ｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｉ ｒ ｓ ｔ ｉ ｃ ｏ ｆ
蒋 明 ， Biblioteka 小凤 ， 刘红盼 ， 湛方栋 ， 何永 美 ， 李 博
电石渣配料时熟料形成热计算公式的推导5页北京工业大学材料学院
电石渣配料时熟料形成热计算公式的推导（北京工业大学材料学院，北京100124）崔素萍，田桂萍，王…摘要：运用化学热力学理论，推导了电石渣作为钙质原料制备水泥熟料形成热的简易计算公式，并进行了实例分析和实验测实验证，为快捷简便地计算电石渣制水泥熟料形成热提供了方便。
0 前言电石渣的主要成分是Ca(OH)2，仅有微量CaCO3，而传统钙质原料——石灰石的主要成分是CaCO3。
在水泥熟料形成过程中，由于电石渣主要成分氢氧化钙的分解热与石灰石主要成分碳酸钙的分解热有较大差异，造成熟料形成热的不同。
水泥窑热工研究中，一直以来沿用水泥窑热工测量[1]中的经验公式计算熟料形成热，而水泥窑热工测量中的经验公式是基于以石灰石为钙质原料配料，对于电石渣等工业废渣配料的情况，须采用JC/T 730—2007附录B[2]中介绍的方法进行计算，该方法相当繁琐，计算工作量大，且有些数据不易取得。
本文运用化学热力学理论，推导了电石渣作为钙质原料制备水泥熟料形成热的简易计算公式，并进行了实例分析和实验测试验证，为快捷简便地计算电石渣制水泥熟料形成热提供了方便。
1 电石渣制水泥熟料形成热体会公式的推导熟料形成热是指在一定生产条件下，用基准温度（0℃或20℃）的干物料，在没有任何物料或热量损失的条件下，制成1kg仍为基准温度的熟料所需要的热量。
它仅与原、燃料的品种、性质及熟料的化学成份有关，而与熟料形成的中间反映进程无关。
依据斯特森所介绍的方式[3]，通过统计熟料中矿物的热效应，把所有熟料的原料组分都算成游离氧化物，给这些氧化物计入所需要的热量，进行水泥熟料的形成热的简化计算。
依照该原理，能够通过对物料的始态和终态进行核算，两个状态转变需要的热焓即为熟料形成热，由此推导出电石渣制水泥熟料形成热的体会公式。
几种典型城市生活垃圾的热解特性和动力学分析
几种典型城市生活垃圾的热解特性和动力学分析陈义胜;李姝姝;庞赟佶;刘素霞【摘要】针对四种不同的城市生活垃圾原料:木屑、稻草、橡胶和塑料在不同升温速率(10、20、30、40 ℃/min)下进行的热重分析试验,探讨生物质热解的影响因素.通过热重曲线分析城市生活垃圾的热解规律,并使用阿伦尼乌斯公式和Coats-Redfern积分法计算热解反应动力学参数.研究结果表明:几种典型的城市生活垃圾热解过程分三个阶段:干燥预热、快速失重和缓慢失重阶段.随着升温速率的增加,热解曲线向高温区移动,升温速率升高对热解过程总失重量影响不大;但是提高升温速率会加快热解反应过程.塑料相对于其他三种物质热解失重峰值温度高出120℃以上,塑料的活化能远大于其他三种物质,是四种城市生活垃圾最难热解的物质.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2015(015)035【总页数】6页(P179-184)【关键词】城市生活垃圾;热解特性;热重分析;动力学【作者】陈义胜;李姝姝;庞赟佶;刘素霞【作者单位】内蒙古科技大学能源与环境学院,包头014010;内蒙古科技大学分析测试中心,包头014010;内蒙古科技大学能源与环境学院,包头014010;内蒙古科技大学能源与环境学院,包头014010;内蒙古科技大学分析测试中心,包头014010【正文语种】中文【中图分类】TK6生物质是一种重要的可再生能源，生物质热解气化产生的油和气在一定程度上可以代替石油或天然气。
生物质能源是清洁能源，与化石燃料相比生物质能有低氮和低硫的优点，许多生物质能如农业、林业、市政固体和工业废物可以用来作为生产生物质燃气的原料[1]。
城市生活垃圾是人类日常生活和工业生产所排放的固体废弃物，可造成大气、土壤、和水污染等环境问题。
如果通过适当的技术加以利用，有机垃圾就会成为潜在的生物质能资源[2]。
现有的城市生活垃圾处理方式有焚烧、堆肥和卫生填埋等，但焚烧会导致更严重的二次环境问题，堆肥和卫生填埋效率低占地面积较大，特别对塑料、橡胶等组分很难降解。
生物质热解实验及其动力学模型研究
生物质热解实验及其动力学模型研究摘要：在均相体系热动力学方程的基础上，采取9种动力学模式函数分别建立热解动力学模型。
采用热重分析仪，在氮气流环境中对玉米颗粒及松木颗粒进行热解实验，并在4种升温速率下观察实验现象，分析实验数据，得出生物质热解特性。
通过与Coats-Redfern积分法联用建立模型，拟合曲线，比较相关系数及标准偏差，初步得出较合适的动力学机理函数，然后分别使用双外推法与Malek法得出最概然机理函数并相互校验。
通过两种方法选取机理函数可以得到更好的准确性，并可比较两种方法的优劣，从而解决了热解最概然机理函数的选取问题中的方法选择问题，即能够更准确地求得反应动力学因子，对于生物质热解研究及实际应用具有重要意义。
引言玉米秸秆及松木屑是两种储量丰富，代表性强的生物质能源。
关于物质反应动力学的研究最早可以追溯到20世纪20年代，于50年代真正的建立与发展。
随着最初在均相等温体系中所用的传统动力学模型已无法描述非均相体系的复杂性，对于固相反应的机理讨论与研究也不断深入，Galway-Brown在其1999年所出版的专著中对一些常用的机理函数进行了总结。
尽管如此，由于非均相反应机理的复杂性，实际物料的非规整性以及物质理化性质的多变性等，实际选择的最概然机理函数f(α)往往并不能真实反映热解的机理，从而造成同一物质反应，所得动力学因子却相差甚远的现象。
因此，采用双外推法与Malek 法两种方法联用进行最概然机理函数的选取，提高了机理函数选取的准确性，并在此基础上对热解动力学特性进行研究。
1热解实验1.1实验材料实验选用的材料为取自河北某地的松木屑和玉米秸秆。
将实验材料进行一系列的晾晒、磨制，并通过筛分得到粒径分别为500目、160目以及80目的物料。
1.2实验条件本实验采用美国TA公司生产的SDT—Q600型同步热重分析仪。
称重10mg各粒径松木和玉米，放入器皿中准备进行实验，实验过程中采取氮气流进行保护，并设定氮气流量100ml／min、压力0.1MPa、设定4种升温速率分别为10、20、40、50℃／min，并将热解终温设为850℃。
用热重法分析电石渣的固硫性能
１ 电石渣 固硫 实验 原 理
由图 １可 知 ， 在 ６ ０℃ 时燃 烧 完 成 ， 留物 煤 ２ 残
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图 １ 电石 渣 和 煤 的 单 独燃 烧 Ｔ 曲线 Ｇ
收 稿 日期 ： ０ ０—１ ２１ ０—１ ２
摘
要： 用热 重法建 立一 种分析 电石渣 固硫 性 能的方 法 。通 过分析 电石渣 的 固硫机 理 ， 用煤燃 利
烧、 电石渣 热分 解和 电石渣 与煤 混合试 样 的 Ｔ 曲线计 算 生 成 电石 渣 固硫 反 应 Ｔ 曲线 ， Ｇ Ｇ 同时通 过各 试样 残 留质 量 间的关 系计算 出 了不 同钙 硫摩 尔比 电石 渣 的 固硫 效 率。 结果 表 明 ： 三种 实验 条件 下 ， 钙硫 摩 尔比为 １５时 ， ． 电石渣 固硫 效果最好 。
质 量 分 数 （ ） ７ ８ ％ ．２
表 ２ 电石 渣 化 学 组 成
２ ２ 实 验 方 法 ．
合试样 Ｔ Ｇ曲线 （ 曲线 １ 与煤 燃烧 Ｔ ） Ｇ曲线 （ 曲线 ２ 相减， ） 可生 成 电石 渣 固硫 反 应 的 Ｔ 曲线 （ Ｇ 曲线 ３ ， 图 ２所 示 。 固硫 反 应 分 为 三 个 阶 段 ， 约 ）如 在 ４５ｃ ５ ｃ以前 ， 未 燃烧 ， 与 电石 渣 呈 现各 自热 失 煤 煤 重特 性 ， 固硫反 应 曲线 与 电石渣 热分解 曲线基 本重
第２ ８卷 第 １期 ２ １ 年 ２月 ０１
贵 州大 学学 报 （ 自然科 学 版 ） Ｊｕ ａ ｏ Ｇ ｉ ｏ ｎ ｅｓｙ（ ａｕａ Ｓ ｉ ｃｓ ｏｒ ｌ ｆ ｕｚ ｕＵ ｉ ｒ ｔ Ｎ ｔｒｌ ｃ ｎｅ） ｎ ｈ ｖ ｉ ｅ
电石渣热分解反应动力学模型的热重实验研究
３ ． ２ Ｍａ ｌ ｅ ｋ法 。 ］
这 是 由定义 函数 Ｙ （ ） 或Ｚ （ ） 确定 ， （ ） 或 Ｇ（ ）
得一种 较好 的方法 ． 此 法 是基 于传 统 多重 扫 描 速率 法
发展得 到 的动力学 分 析 手段 ， 通 过 对 比实 验 曲线 与 已
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ２— ０ ８— ２ ０
注： 其中 Ｆ ｅ 、 Ａ ｌ 、 ｓ ｉ 是以Ｆ ｅ ２ Ｏ ， 、 ＡＩ ２ Ｏ ３ 、 Ｓ ｉ Ｏ ： 分子形式存在 ， 另外还有一部分碳分 子
作者简介 ： 关多娇 （ １ ９ ７ ８一） ， 女， 沈 阳人 ， 讲师 ， 硕 士
摘 要： 应 用热重法对电石渣在 氮气气氛、 不同升 温速 率下的分 解动力 学进 行 了研 究． 应 用等 转化 率 法， 在不假 设机理
函数的情况下 ， 得到 了电石渣热分解的活化能随转化 率的增加 而减 小的规律． 应 用 Ｍａ ｌ ｅ ｋ法 求得 “ 动力 学三 因子 ” 分别 为： 活化能 Ｅ＝ ８ ４ ． ７ ９ ｋ Ｊ ／ ｍｏ ｌ ， 反应机理 函教 ， 微分形式 ， （ ）＝ ２ ． ９ ５ （ １ 一 ） “ ， 积分形式 Ｇ（ ）＝１ 一（ １一 ） ” ， 指前 因
速率法 是指用不同加热速率下所测得的多条 Ｔ Ａ曲 线 来进行 动 力学 分析 的方 法 ． 该 方 法具 有 能在 不 涉 及
动力 学 机理 函数 的 前 提 下 获 得 较 为 可 靠 的 活 化 能 Ｅ
值， 通过 比较不同反应率下 Ｅ值来核实反应机理在整 个过程中的一致性等优点． 但该方法仍然 以线性相关 度为判据来确定反应机理 ， 导致最终会 有几种机理函
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电石渣热分解反应动力学模型的热重实验研究电石渣是产生乙炔的副产品，其主要成分为氢氧化钙和氢氧化铝。
在高温下，电石渣可以发生热分解反应，产生大量的热能和气体。
因此，电石渣的热分解反应动力学研究具有重要的理论和应用价值。
本文通过热重实验的方法，研究了电石渣的热分解反应动力学特性。
首先，对电石渣进行了物化性质分析，包括元素分析、X射线衍射、扫描电子显微镜等。
结果表明，电石渣的主要成分为CaO、Al2O3和SiO2，其晶体结构为立方晶系。
接着，采用热重实验仪对电石渣进行了热分解反应测试。
在不同的升温速率下，测量了电石渣样品的质量变化和温度变化，并绘制了热重曲线。
通过热重曲线的分析，确定了电石渣的热分解反应温度范围和反应特征。
为了建立电石渣热分解反应的动力学模型，本文采用了多种动力学模型进行拟合分析，包括无序反应模型、复合反应模型和阶段反应模型等。
通过对拟合结果的比较和分析，确定了最适合电石渣热分解反应的动力学模型。
最后，利用所建立的动力学模型，对电石渣热分解反应的反应速率常数和活化能进行了计算。
结果表明，电石渣热分解反应的反应速率常数与升温速率呈正相关关系，反应活化能为150.2kJ/mol。
综上所述，本文通过热重实验研究了电石渣热分解反应的动力学特性，建立了最适合电石渣的动力学模型，并计算了反应速率常数和活化能。
这些结果对于深入理解电石渣热分解反应机理和优化电石渣
的综合利用具有重要的指导意义。