油茶果壳连续热解挥发物多级冷凝生物油燃烧特性

通过自主设计多级冷凝器对油茶果壳在500℃热解挥发物冷凝获得的生物油进行燃烧特性实验研究,实现了在冷凝过程中对生物油的粗分离,各级生物油的含水率得到了明显的降低,且热值显著提高。通过热重实验对生物油进行燃烧过程和燃烧特性分析可知:生物油的燃烧共分为4个阶段:第1阶段为生物油水分和低沸点组分的蒸发;第2阶段为中质组分的蒸发;第3阶段为重质组分的裂解反应,生成焦炭和气体;第4阶段为焦炭剧烈燃烧。第1级和第3级收集到的生物油可燃性能、燃尽性能和综合燃烧性能比较好,第2级生物油的3个性能最差。     

喷淋冷凝温度对生物油理化性质的影响研究

在1 kg/h的流化床热解反应器上进行松木和玉米芯的热解试验,采用喷淋冷凝的方式获得不同性质的生物油,重点考察冷凝温度对生物油理化性质的影响。试验结果表明当冷凝温度从25℃提高到75℃,松木和玉米芯热解产生的生物油收集率分别降低了23.1%和20.8%,含水率分别降低了11%和18%,而粘度分别提高了181 cSt和10 cSt,热值分别提高了6.23 MJ/kg和5.04 MJ/kg;气相色谱质谱联用分析(气质联用)表明随着冷凝温度的提高,松木热解产生的生物油中脱水糖含量大幅提高,大部分轻质组分含量降低,而玉米芯热解产生的生物油中脱水糖和酚类物质含量都有所提高,有机酸和醛酮类化合物含量降低;核磁共振碳谱分析发现提高冷凝温度后生物油中的烷基碳含量降低,而芳香碳含量提高,芳香度增大。     

油茶壳连续热解挥发物冷凝特性研究

建立了适用于不同热解温度下的热解挥发物冷凝特性测试系统,对油茶壳400℃、500℃和600℃连续热解挥发物进行了冷凝特性研究。结果表明油茶壳挥发物的换热系数均随冷凝过程的增加而减小;在入口段中,400℃生物质挥发物的表面换热系数高于500℃和600℃的实验值,表明不凝气含量的增加减弱了挥发物的对流换热强度。用Nusselt、f因子模型进行模型拟合,f因子模型对模拟油茶壳500℃的热解挥发物的模拟效果较Nusselt好,误差值小于20 W/(m2·K),Nusselt模型不适用于挥发物模拟。基于实验值建立的指数衰减曲线方程能模拟400℃和500℃油茶壳挥发物冷凝特性,可为冷凝器设计提供换热系数计算的辅助分析。     

木屑热解挥发物冷凝特性研究

在自行设计的生物质热解挥发物两级冷凝特性参数测试系统上,进行了木屑在450、550、650℃下热解挥发物冷凝特性研究,其中,一级冷凝采用空气作为冷凝介质,二级冷凝采用水作为冷凝介质,计算了表面局部冷凝换热系数,以及冷凝液膜热阻和厚度。结果表明:一级冷凝换热系数随着温度的升高而减小,在热解温度为450℃时达到最大值671.02 W/(m2·K);二级换热系数随着温度的升高先增大后减小,在热解温度为550℃时达到最大值1.484×105W/(m2·K)。基于冷凝器内壁一维稳态冷凝换热特性,分析了冷凝液膜形成过程,存在3个阶段:液膜形成、液膜积累、液膜流动。在液膜形成和积累阶段,液膜厚度逐渐增大,热阻变大;液膜厚度达到一定程度后,冷凝液产生流动,在液膜流动初期,液膜厚度逐渐减小,热阻变小;在稳定流动期,热阻基本保持稳定。     

生物油分级冷凝研究进展

对生物油分级冷凝的最新成果进行了总结和分析。在分级冷凝装置方面,阐述了通过多种复合式分级冷凝系统在线分离收集生物油的研究现状与进展;从生物油分级产物的理化性质角度分析了生物油高品质利用、提取高价值化工原料的可能性;同时指出了生物油分级冷凝研究中仍存在的问题及未来的研究趋势。     

生物油重质油醇类添加剂提质研究

通过加入不同质量分数(5%~25%)的甲醇、乙醇、辛醇及其混合醇对松子壳热解重质油进行提质研究,考察醇添加剂对重质油理化特性影响及其存储稳定性。研究发现加入醇添加剂超声处理后能显著降低重质油的粘度、含水率和p H值,并提高其热值;同时使多环芳烃、酮类等物质含量降低,脂肪烃、芳香烃等含量增加。混合醇处理重质油的品质更好,存储56 d后性质仍较稳定,粘度和含水率随储存时间延长稍有增加。加入甲辛醇56 d后重质油的粘度为980 m Pa·s,含水率为21.02%,增长速率仅均为原始重质油的一半;且添加量越高,油的热值越高,添加量25%时热值为32.66 MJ/kg。但从热重分析发现甲辛醇添加量为20%时燃烧性能最好,其燃烧段的失重速率最大并且燃烧后的灰分最少。     

甘蔗渣两级快速热解特性研究

利用Py-GC/MS(快速热解-气相色谱/质谱联用)装置进行了甘蔗渣的两级快速热解实验,考察了甘蔗渣一级快速热解的产物分布特性以及一级热解温度对后续二级热解产物分布的影响。实验结果表明,甘蔗渣低温一级热解产物富含4-乙烯基苯酚(4-VP),在250℃热解时4-VP的选择性最高(相对峰面积百分比高达48.11%),而在300℃热解时4-VP的产率最大。一级热解温度对后续二级热解产物分布有着较大的影响,随着一级热解温度的升高,二级热解产物中左旋葡聚糖(LG)含量显著增加,而多数其他产物的含量则显著降低;根据产物组成可以判断,300℃下的一级热解固体产物进行二级热解所获得的生物油,与甘蔗渣直接在500℃快速热解获得的生物油相比,具有更高的燃料品位。由此可确定甘蔗渣两级快速热解的应用方式应为:首先在300℃下进行一级快速热解制备4-VP,随后对固体残渣在500℃进行二级热解获得高品位生物油。     

超声波与添加醇和乳化剂乳化提质热解生物油研究

生物油是生物质通过热解获得的液体产物,因其可替代传统化石燃料而具有广阔的应用前景。因粗制的生物油存在热值低、氧含量高、粘度大等不足,通过添加乳化剂和醇,同时结合超声波技术对油茶壳热解生物油进行提质改性研究。分别从超声波功率、超声波作用时间、添加醇的种类和含量等方面对生物油及其重质组分乳化提质开展研究。结果表明:加入醇类物质并结合超声波技术能有效降低生物油粘度,并提高其稳定性和热值。乳化液粘度随超声波作用时间延长或超声波的功率增加均呈现先升高后降低再升高的趋势。乳化助剂的添加在醇添加量较低的情况下,可有效增加乳化液的稳定性。重质油与醇乳化后的乳化液稳定性好,乳化液的热解曲线明显向低温区偏移。甲醇与生物油以3∶1进行乳化后,生物油粘度由32.47 mm~2/s下降到1.73 mm~2/s,热值由15.21 MJ/kg提高到19.43 MJ/kg,pH值由2.7提高到4.5,整体性质改善明显。     

油菜秸秆真空热解蒸气在线催化提质研究

以HZSM-5分子筛为催化剂,在两段式反应器上对油菜秸秆真空热解产生的蒸气进行了在线催化提质研究。考察了催化温度、催化剂用量和HZSM-5硅铝比对产物产率的影响;并以油相产物产率为指标,采用响应面法对工艺参数进行了优化,并对在最优条件下制取的油相和水相产物进行了理化特性分析。研究结果表明,催化温度、催化剂用量和硅铝比对产物产率影响显著;获得最高油相产率的工艺参数为:催化温度为491.0℃、催化剂用量为33.2 g(生物质与催化剂质量比为0.301)、硅铝比为53,此时,油相产率达9.80%,与预测值9.90%较为接近;油相产物的H/C摩尔比、p H值和高位热值分别为1.518、5.15和33.80 MJ/kg,可用作动力机械燃料;水相产物(干基)的H/C摩尔比和高位热值分别为1.269和29.69 MJ/kg,同样具有较高的燃料品质。     

生物质热解挥发物原位贫氧调质试验研究

针对热解挥发物直接燃烧作为分布式热解制炭热源工艺,以消除生物质热解挥发物中炭颗粒、提高其品质,改善其燃烧性能为目的,利用自制生物质螺旋连续热解反应器和热解挥发物贫氧调质反应器,采用贫氧燃烧方式进行了热解挥发物原位调质试验研究,分析了调质温度、空气量对挥发物组分的影响。结果表明:生物质热解挥发物中携带炭颗粒粒径为1~2μm,在调质温度350℃和空气量20 m L/min条件下,已很难收集到炭颗粒,原位贫氧调质可以消除热解挥发物中炭颗粒;贫氧调质对气相产物组分含量影响不明显,主要组分H2、CO2的变化均在±5%范围内,CO、CH4变化在±2%范围内;随着贫氧调质温度升高和空气量加大,重质组分中的烷类物质含量显著降低,酚类物质显著增加,呋喃、醇、茚、醛等次要组分含量略有增加,低碳原子数物质含量增加,高碳原子数物质含量降低;轻质产物中烷类、酸类、酮类和酚类物质相对含量发生显著变化,酚类物质性质较稳定,实际含量变化不明显,调质后低碳原子数物质含量增加。原位贫氧调质可以消除热解挥发物中炭颗粒,降低热解挥发物中重质组分含量,从而改善热解挥发物的燃烧性能,为热解挥发物直接燃烧作为分布式热解制炭的热源提供科学依据。