烘焙对生物质热解产物特性的影响

烘焙可有效地降低生物质中的水分和氧,对其热解过程有显著的影响。该文主要研究了烘焙温度（200,230,260,290℃）对生物质热解过程及产物特性的影响行为及影响机制;研究发现烘焙能改善热解产物的品质,随着烘焙温度的升高,热解合成气中CO含量由48%逐渐减少到34%,CH4和H2增加,其中H2含量最大增加了77.4%,而液体产物中,乙酸和水分含量逐渐减小,水分含量最大减少了42.8%,而酚类产物的含量明显增加,有利于生物油品质的提高。该研究为烘焙技术的发展和生物质高效热化学转化提供科学参考。     

微藻种类对其热解质量损失规律和产物及动力学的影响

微藻是一种新型的可再生生物质资源,采用快速热解技术,可得到高品质的先进液体燃料和高附加值化学品。该文采用热重-红外联用仪、快速热解-气质联用仪和分布式活化能动力学模型(distribution activation energy model,DAEM)对莱茵衣藻(Chlamydomonas reinhardtii,CDR)、小球藻(Chlorella vulgaris,CRV)和铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa,MCA)的热解行为开展了研究,系统地对比了3种微藻在化学组成、热解失重规律、动力学、热解产物等方面的差异,并对微藻的热解机理进行了探讨。结果表明:1)3种微藻的热解过程可分为3个阶段,分别为干燥段、快速热解段和炭化阶段,其中铜绿微囊藻失重率最大,达到17.34%/min,且随着升温速率的增加,TG/DTG(thermogravimetry/differential thermogravimetry)曲线往高温一侧移动;2)红外光谱分析结果表明微藻热解主要产物为CH4、CO2、含C=O键的脂肪酸、含N-H键和C-N键的酰胺类化合物,其中莱茵衣藻热解产生的CH4质量分数最高,铜绿微囊藻热解产生的含C=O键化合物质量分数最高;3)铜绿微囊藻的活化能数值最高,随着转化率增加,活化能从100增加到680 k J/mol;4)Py-GC/MS分析表明小球藻热解产生的含氧化合物质量分数最高,达到30.89%,铜绿微囊藻热解产生的酚类化合物、芳香族碳氢化合物、胺和酰胺类和其他含氮化合物的质量分数最高,分别达到10.41%,13.46%,13.87%和14.27%。本文可为微藻的能源化利用提供科学和基础数据。     

盐酸洗涤与烘焙预处理对甜高粱秸秆热解生物油组分的影响

针对生物质热解生物油氧含量高、腐蚀性强、化合物种类繁多等问题,该研究提出以盐酸洗涤和烘焙预处理相结合的方式来提高生物油品质.甜高粱秸秆预处理前后的物化特性表明单纯酸洗有利于挥发分的生成,单独烘焙预处理降低了H/C以及O/C,使能量产率达95.13％,并促进了炭的生成;酸洗-烘焙联合预处理对生物炭和不可冷凝气体都有一定的...     

酸洗脱矿对浮萍热解产物特性的影响

对高含灰浮萍进行酸洗脱矿处理,然后使用固定床反应装置在400～900℃下进行热解试验,研究酸洗脱矿处理对固、液、气三相产物产率及组成的影响.结果表明,酸洗处理可以有效的脱除生物质中绝大部分碱和碱土金属以及大部分的磷,并大幅提高浮萍C含量和热值,显著提升了样品的燃料特性.热解试验结果表明酸洗后浮萍固体和气体产率分别降低了...     

温度对玉米秸秆成型颗粒烘焙制备生物炭及其特性的影响

采用低温烘焙技术制备玉米秸秆成型生物炭,可解决玉米秸秆带来的环境污染及资源浪费。研究以玉米秸秆成型颗粒为原料,利用固定床反应器,制备了不同烘焙温度(250～400℃)成型生物炭,采用元素分析、工业分析、能量产率、质量产率、机械性能、疏水性、红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy,FTIR)、扫描电镜(Scanning electron microscopy,SEM)、元素K含量等分析生物炭特性。随烘焙温度升高,热值增加,能量产率降低,400℃时,成型生物炭热值为21.86MJ/kg,能量产率为50.17%。成型生物炭颗粒表面裂纹增多,机械性能降低,350℃烘焙成型生物炭(CSP350)机械性能好于400℃烘焙成型生物炭(CSP400),低于成型生物质颗。烘焙生物炭疏水性提升,可贮藏于室外。成型玉米秸秆经烘焙热解发生了脱水、脱羰基、脱甲基反应,纤维素、半纤维素热解剧烈,木质素开始热解。随温度升高,其孔径呈下降趋势,比表面积增大。结果表明,玉米秸秆成型烘焙生物炭可作为优质生物燃料,适宜制备温度为300～350℃。     

热解温度对回转窑玉米秸秆热解产物理化特性的影响

针对北方农业秸秆废弃物产量巨大且无法全部还田导致丢弃和露天焚烧现象激增等问题,该文通过搭建小型回转窑生物质热解装置考察不同热解温度下秸秆热解特性,分析主要产物的产率、元素组成等理化特性指标。结果表明:回转窑内热解温度的增加提高了热解液相产物产率和热解水产率,焦油产率呈先增加后降低趋势。与此同时,热解气总体积逐渐增加,H2含量和CH4含量也有所提高,生物炭产率和热值有所降低。当热解温度从400℃增加至700℃时,焦油产率从12.21%增加至21.70%;当温度进一步增加至800℃时,焦油产率降低至20.13%;相应的焦油热值从400℃时的19 974.0 kJ/kg逐渐增加到800℃时的21 710.0 kJ/kg。高热解温度加快热解过程中的热传递,加剧生物质大分子所含的羟基、羰基等含氧官能团的分解并促进挥发物的产生,进而提高了热解液体产物、热解水和焦油产率。过高的加热温度会加剧挥发分的二次反应,降低焦油产率;更多的含氧杂环结构会随着热解温度提高逐渐分解,因而焦油热值逐渐增加。生物炭产率随着温度增加逐渐降低,生物炭pH值和C/N比均逐渐增加,在兼顾生物炭产率和应用于炭基肥制备所需理化性质的同时需充分考虑热解温度影响。     

干/湿法烘焙预处理对稻壳燃烧反应特性的影响

烘焙是提高生物质燃料性质的重要技术手段,探究干/湿法烘焙对稻壳热解燃烧反应特性的影响具有重要意义。该研究利用固定床与高压反应釜对稻壳进行了不同温度下的干法烘焙和湿法烘焙（水热碳化）预处理,并利用热重分析仪对稻壳、稻壳烘焙炭和稻壳水热炭开展了非等温燃烧反应特性分析,并且利用Coats?Redfern法与三种常见的气-固反应机理模型对样品的燃烧反应特性进行了动力学分析。最后,该研究对干法与湿法烘焙两种预处理方式对稻壳的热解燃烧反应特性的影响进行了比较。结果表明两种预处理方式对稻壳的热解与燃烧反应参数存在影响：均导致热解反应性降低,干烘焙提高稻壳燃烧反应性,且反应性随着干烘焙温度的提高而升高。但湿烘焙使稻壳燃烧反应性略有降低。在相同的预处理温度条件下,稻壳烘焙炭较稻壳水热炭具有更高的热解起始失重温度、更低的热解最大失重速率及其对应温度和热解反应性。对于稻壳、稻壳烘焙炭及稻壳水热炭的热解燃烧反应性,模型O1较其他两个模型的线性回归指数更高。干/湿法烘焙使稻壳热解活化能升高,而湿烘焙使燃烧活化能降低。此外,两个阶段样品的指前因子（A）均随活化能的增大而增大,二者间存在明显的线性关系（R2均大于0.95）,表明反应过程具有动力学补偿效应。     

生物质快速热裂解反应温度对生物油产率及特性的影响

以木屑为原料,在自制的小型流化床上,研究了生物质快速热裂解反应温度对生物油的产率、含水率、密度、黏度及成分的影响。结果表明,在475℃,500℃和550℃三种热裂解温度中,以500℃的平均生物油产率最高,为58.74%(w/w)。三种热裂解温度下,生物油的含水率分别为42.5%、46.0%和40.7%,生物油的密度分别为1140、1148和1151 kg/m³,运动黏度分为4.51 cSt、3.87 cSt和4.73 cSt。热裂解温度增高时,生物油的密度略有增加,含水率和运动黏度未见有规律变化,并且,运动黏度随含水率的增加而减小。热裂解温度对生物油的主要化合物成分相对含量有一定影响,但影响不明显,生物油中化合物几乎都是含氧的不饱和烃类衍生物,碳原子数在2～10之间,温度升高有利于糠醛、大多数苯酚类化合物生成,不利于乙酸的生成。该研究为生物油的生产与应用提供了参考。     

不同贮存温度对木屑热裂解生物油理化性质稳定性的影响

为了明确不同贮存温度下生物油理化性质稳定性的差异,以鼓泡流化床松木木屑快速热裂解制取的生物油为样品,考察了不同贮存温度（4℃,27℃,40℃）条件下,两组（1号,2号）生物油特性随贮存时间的变化规律,同时,对贮存前后生物油进行了傅里叶变换红外光谱及气相色谱质谱联用分析。结果表明,低温（4℃）贮存使生物油含水率下降,而室温（27℃）和高温（40℃）贮存则使其含水率有所上升。在没有水分剧烈变化的影响下,生物油运动黏度上升的幅度与贮存的温度相关,温度越高,上升幅度越大。各种温度下,生物油pH值没有明显的变化规律,且变化幅度也较小。通过对红外光谱典型吸收峰的频率位移和透光强度分析表明,生物油中各种官能团上电子剧烈运动,从而加强了分子间的作用力。气相色谱质谱联用分析的结果表明,35 d的高温贮存催化了一些化学反应的进行,使得生物油的组分更加复杂化。因此,低温贮存对控制生物油的不稳定性效果较佳。     

温度对竹屑热解多联产产物特性的影响

为了实现竹屑热解三态产物品质最优化,该文研究了竹屑250~950℃热解多联产的产物分布规律和演变特性,通过分析焦孔隙结构与分形维数演变规律对竹屑热解过程进行了探讨。结果表明,竹屑在较低温度下热解释放出大量的CO和CO2,同时生成乙酸、糠醛和酮类物质;450~650℃之间,木质素大量分解使得H2和CH4含量上升,液体产物中苯酚类物质含量迅速增加,并开始出现萘、茚等物质;750℃后挥发分二次反应加剧,CO相对含量升高。650℃前,生物炭比表面积与总孔容积迅速增大,平均孔径逐渐减少,表面分形维数和体积分形维数均增大;650℃后,各参数均表现出相反的变化规律。650℃竹屑热解生物焦具有较好孔隙结构,比表面积可达307.65 m2/g。根据竹屑热解多联产产物分布规律与演变特性,可同时得到具有较高品质的气、液和固三态产物,有利于实现竹屑综合高效利用,为竹屑热解多联产设备的开发与运行提供参考依据。     

玉米芯和桉木的低温热解特性

为实现生物质资源的分级综合利用,该文采用热重分析仪和裂解气质联用仪进行了对玉米芯和桉木低温热解特性的研究。试验结果表明不同生物质原料低温快速热解产物有明显差异,玉米芯的低温快速热解产物主要有乙酸、2,3-二氢-苯并呋喃和2-甲氧基-4-乙烯基苯酚,而桉木的产物主要是乙酸、糠醛和5,6-二氢-4-羟基-吡喃-2-酮。生物质低温快速热解产物种类较少,分布较为集中,玉米芯和桉木的酸类、呋喃类,桉木的吡喃类热解产物相对含量随温度上升而降低。生物质低温热解能有效分解其半纤维素,这为降低中温热解油的酸性和水分提供了理论指导。     

生物质水蒸气氛围烘焙对后续热解影响

为了探究余热烟气中水蒸气对生物质烘焙及后续热解影响,该研究以榆木为研究对象,在立式炉中进行不同氛围（氮气及氮气-水蒸气）和不同温度（200、230、260、290 ℃）的烘焙试验,然后利用热重-质谱联用仪（TG-MS）和热裂解-色谱质谱联用仪（Py-GC/MS）进行惰性氛围的热解试验。结果表明：榆木在烘焙过程中发生了脱水、脱羰基、脱甲基反应,水蒸气的存在对后续热解油中乙酸的去除更有利。在所有样品中氮气氛围下290 ℃烘焙样品的失重速率峰值最低,仅为0.3%/℃。同时水蒸气的存在使氮气-水蒸气烘焙样品的最大失重峰后移。在热解主反应区,200、290 ℃烘焙温度下,水蒸气会提高热解反应活化能,而230、260 ℃烘焙温度下热解反应活化能却降低。此外,同一烘焙温度下水蒸气会抑制热解过程中H2、CH4、H2O、CO和CO2的生成。研究结果可为复杂气氛对生物质烘焙以及后续热解影响的研究提供参考。     

烘焙与HZSM-5催化剂联用改善柏木热解产物品质

为研究烘焙与催化剂对生物质热解产物特性的耦合影响机制,该文选用HZSM-5催化剂,对不同温度（200、230、260、290℃）烘焙后的柏木进行热解试验。结果发现,将烘焙与HZSM-5催化剂联用后,随着烘焙温度的升高,催化热解后积碳量呈下降趋势,最高降低了62.6%;气体产物中CO的体积分数从53.69%降低至40.84%,H2和CO2的体积分数分别增大了43.1%和35.04%,CH4的体积分数整体变化不明显;液体产物中,酸类物质大幅减少,芳香烃类产物显著增多,酚类产物发生富集;结果表明,烘焙与HZSM-5催化剂的联用有效地改善了快速热解产物尤其是生物油的品质。但是也要指出,烘焙温度过高时,积碳量增多、芳香烃类产物减少,因此柏木适宜的烘焙温度应该选择在230～260℃之间。     

热解油水相酸洗-烘焙二级预处理改善玉米秸秆热解特性

烘焙和酸洗都是可提升生物质品质的预处理方法。烘焙可以脱除生物质中的氧,酸洗则可有效脱除碱金属及碱土金属,而氧和AAEMs对热解油的品质和产率均具有影响。该文研究了酸洗-烘焙两级耦合预处理对玉米秸秆热解特性的影响。试验用酸液取自热解联产联供示范项目热解油的水相部分,烘焙温度选取230、260、290℃。研究发现,酸洗预处理能够有效脱除AAEMs,对K、Na、Mg脱除率分别达到97.53%、81.38%、84.86%。两级预处理能明显降低O/C;酸洗-290℃烘焙半焦相比玉米秸秆原样,O/C降低了25.32%。两级预处理能明显削弱烘焙对热解油产率的不利影响,酸洗-290℃烘焙半焦相比290℃烘焙半焦,其热解油产率提高127.66%;两级预处理显著提高了热解油中糖类的含量,同时降低了酚类和酸类的含量;对酸洗-290℃烘焙半焦,其热解油中糖类含量高达45.89%,酚类和酸类则低至9.76%和6.31%。其他化学组成如酮类和呋喃类的含量存在一定程度的下降,醛类含量则有小幅度的提升。该文提出的利用热解联产联供示范项目热解油的水相部分对秸秆进行酸洗,并结合烘焙的两级预处理方法可为对生物质热解提供参考。