Fe、Co、Cu改性HZSM-5催化热解制备生物油试验

采用浸渍法对HZSM-5分别进行了Fe、Co、Cu改性;通过XRD、Py-IR和BET法对改性HZSM-5进行了表征;在两段式固定床反应器上进行了生物质热解气的在线提质试验;分析了改性HZSM-5的催化提质和抗结焦性能。结果表明,Fe、Co、Cu改性负载物分布较为均匀,没有团聚成大颗粒晶体,对HZSM-5的酸性分布产生了不同的影响,同时修饰了分子筛孔道,减小了分子筛孔容;经Fe、Co、Cu改性HZSM-5催化所得精制生物油的产率为18.37%~19.03%,O质量分数为15.13%~17.23%,p H值为5.05~5.12,运动黏度为5.16~5.22 mm2/s,高位热值为34.56~36.01 MJ/kg;精制生物油中含有多种官能团,有机物种类较多,烃类物质总含量有明显升高,尤其是PAHs的含量显著升高,芳构化性能显著增强,其中,经Fe/HZSM-5和Co/HZSM-5催化提质,生物油中MAHs含量相对较高;Fe/HZSM-5和Cu/HZSM-5抗无定型焦炭的性能较强,Co/HZSM-5抗石墨型焦炭的能力大幅增强。     

NiO/HZSM-5催化改性生物油模拟物研究

以HZSM-5为载体,通过浸渍法制备不同NiO负载量的NiO/HZSM-5催化剂并进行表征,发现负载量为8%的催化剂表面形貌相对平整,比表面积、酸位等特性较理想。通过生物油模拟物催化试验对催化剂性能进行评价,试验结果表明负载量和反应温度都对催化剂活性有明显影响。在反应温度为400℃时,负载量为8%的催化剂使模拟物中甲苯和愈创木酚具有较好的转化率,分别达到83%和88%;较HZSM-5催化的情况分别提高60%和70%。改性后生物油的热值也可增加约30%。负载物NiO的加入使催化剂表面强酸位降低约45%,同时提高了催化剂的稳定性和抗积碳能力,延长了催化剂使用寿命,其中8-ZSM-5催化剂在反应6 h后仍保持较高活性。     

基于NTP的生物质热解气间接加氢提质试验研究

为提高生物质热解气的提质转化效率,以聚乙烯塑料热解气为间接加氢原料,利用低温等离子体(Non thermal plasma, NTP)协同Ru、Ti及Sn改性HZSM-5,间接加氢生物质热解气制备烃类燃料,探讨了金属改性对反应中活性自由基、有机相产率、理化特性与化学组成以及催化剂结焦率的影响。结果表明,在NTP条件下,Ru和Ti改性可以活化热解气,形成更多同尺度活性自由基,有利于混合热解气的有效整合,其中,Ti改性使有机相产率和高位热值分别达到58.73%和38.73MJ/kg;Ru、Ti和Sn改性使有机相中芳香烃相对含量显著升高,升幅分别为109.15%、208.55%和52.52%,Ru和Ti改性导致产物有效氢碳比降低;Ru、Ti和Sn改性催化剂的结焦率从12.88%分别降至9.44%、4.95%和10.91%,Ti改性催化剂具有较高的稳定性。研究表明,在NTP作用下,Ti改性HZSM-5对混合热解气具有较高的提质转化效率,且催化稳定性较高。     

低温等离子放电与催化剂结合方式对生物油提质的影响

为提高生物油的提质效率,在HZSM-5及Ti/HZSM-5催化的基础上引入低温等离子体技术,分析等离子体协同催化(PSC)和等离子体增强催化(PEC)等不同结合方式对精制生物油产率、理化特性、化学组成及催化剂稳定性的影响。结果表明,Ti改性和等离子体放电使精制生物油产率逐渐降低,Ti/HZSM-5(PEC)催化所得精制生物油产率较低,生物油质量分数为13. 84%,但烃类物质的分布得到明显改善;而Ti/HZSM-5(PSC)催化所得精制生物油中烃类总含量略低,但高氢碳比产物相对含量达68. 89%,理化特性较优,高位热值达到36. 52 MJ/kg; PSC方法等离子体对催化剂表面的冲击作用较强,使催化剂结焦量相对较低,Ti/HZSM-5(PSC)的结焦量较低,积分面积仅为5. 24%,催化稳定性较高。综合而言,基于Ti/HZSM-5的催化作用,PSC方法优于PEC方法。     

改性HZSM-5催化农林生物质热解制备生物油

采用离子交换法对HZSM-5分别进行了P、Zn、Ti元素浸渍改性,通过SEM-EDS方法对改性后的HZSM-5进行了结构表征,并进行了在线热解催化提质研究。结果表明,经P/HZSM-5、Zn/HZSM-5、Ti/HZSM-5催化热解后,对应的热解产物中气相产物产率依次增加,液相产物及生物油产率依次降低。经改性HZSM-5热解催化后,精制生物油中期望的烃类产物含量显著升高,其中P、Zn元素改性HZSM-5催化制备的生物油中多环芳香烃(PAHs)含量较高,Ti元素改性HZSM-5催化制备的生物油中单环芳香烃(MAHs)和脂肪烃(AHCs)含量相对较高。     

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。     

复合吸波剂TiC/SiC诱导微波热解生物质试验研究

采用复合吸波剂TiC/SiC进行了生物质微波热解制备生物油有机相的研究。采用响应面法分析了TiC与SiC质量百分比、吸波剂与生物质质量百分比和微波功率与生物质质量比对有机相产率的影响;在最优工艺条件下,对比分析了采用纯SiC和复合吸波剂对有机相产率及化学组成的影响,并对固体产物生物焦进行了表征,分析了有机相和生物焦的性能及潜力。结果表明,各因素对有机相产率影响显著,且相互间存在交互影响;当TiC与SiC质量百分比为20%、吸波剂与生物质质量百分比为53%和微波功率与生物质质量比为9. 5 W/g时,有机相产率达到28. 60%,与预测值28. 69%较为接近。使用纯SiC作为吸波剂时,有机相产率降至23. 35%,说明引入适量TiC可以使生物质热解更多地保留来自纤维素和半纤维素的产物,在增加有机相产率的同时,降低酸类、酮类和酚类相对含量;相对较多的呋喃类、醇类和酚类及其相对集中的碳原子数分布,使所得有机相产物可用作精细化工原料;核磁共振分析表明,使用复合吸波剂所得有机相中脂肪氢/碳比与芳香氢/碳比明显升高,验证了分析的准确性;复合吸波剂使生物焦具有更高的碳化程度和吸附性能,比表面积和孔容达360 m~2/g和0. 22 cm~3/g,可制成活性材料。     

变速升温对玉米秸秆热解产物特性的影响

通过玉米秸秆的变速升温及传统匀速升温热解试验,对不同热解形式下生成的生物炭、生物油及热解气进行检测分析,探究升温速率对其热解产物特性的影响。试验表明,玉米秸秆减速升温生物炭得率和热解气得率分别为29.82%和27.49%,而加速升温的产物中生物油所占比例较大。通过热重试验及气相检测,发现不同的升温设置改变了生物质热解进程。此外对非冷凝气体进行气相检测分析发现,CO、CO2先于CH4溢出,而H2的溢出浓度随着热解温度的升高而增大。对生物油主要成分的检测分析发现,减速升温所制生物油的主要成分为小分子物质,大分子有机物含量很少,而加速升温可以得到更加丰富的多环芳烃。通过对产物的对比分析发现,在相同的热解时间下,减速升温速率设置不仅可以保证热解产物中较高的生物炭得率,且热解气得率比匀速升温试验增加4.49%,生物油相得率减少4.51%,且稠环芳烃含量较少。优化升温速率设置可提高生产效率,从而为生物质热解工程中的炭气油联产提供新的思路。     

稀土对真空熔结镍基复合涂层组织结构的影响

研究了稀土(Ce La)对真空熔结镍基金属陶瓷复合涂层化学组成和组织结构的影响。结果表明:稀土(Ce La)消除了Ni60 WC涂层中的针状相,改变了陶瓷相的分布形态。稀土还改变了涂层的化学组成,提高了组成相中的镍含量和陶瓷相中的钨含量。含稀土的真空熔结镍基金属陶瓷复合涂层还析出了新的第2相WC和LaNi3。     

生物油模型物糠醛催化加氢试验研究

选取糠醛作为生物油催化提质的模型物,以Al2O3分子筛为催化剂载体,制备的活性物质分别为NiFe、Ni-Cu和Ni-Ce3种双金属催化剂,研究了活性组分负载量、反应温度和氢醛摩尔比对糠醛常压下催化加氢效果的影响。结果表明:当催化剂为7.5%Ni-7.5%Cu/Al2O3、反应温度为200℃、氢醛摩尔比为5.0时,能达到最佳效果,糠醛的转化率为69.95%,糠醇的选择性达到了96.26%。催化剂表征结果表明:活性物质在载体上分散效果较好,用后催化剂表面积炭主要为未降解的有机物或者其聚合物。     

生物质成型燃料燃烧挥发性有机物排放特性试验

以玉米秸秆、小麦秸秆、棉秆和木质4种生物质成型燃料为原料在生物质燃烧试验平台上,采用罐采样-GC/MS采集方法,研究分析了燃烧后烟气中的VOCs排放系数和组分,结果表明,4种生物质成型燃料的VOCs排放系数分别为0.447、1.111、0.601、0.104 g/kg,与散烧秸秆相比,成型燃料的VOCs排放系数仅为其50%;燃烧后VOCs排放组分占比最大的为卤代烃和酮,分别为49.8%和36.1%;4种生物质成型燃料燃烧VOCs排放总的臭氧生成潜势(以O3计)分别为4.792、25.737、9.598、4.502 g/kg,臭氧生成潜势比较高的化合物依次为:苯系物、酮、烯烃和卤代烃。     

酿酒酵母和嗜鞣管囊酵母对稀酸水解抑制物的耐受性

研究了酿酒酵母和嗜鞣管囊酵母对油菜秸秆稀酸水解抑制物糠醛、5-羟甲基糠醛和乙酰丙酸的耐受性。酿酒酵母能够耐受分别含有2 g/L糠醛、2 g/L 5-羟甲基糠醛和8 g/L乙酰丙酸的葡萄糖发酵液;分别含有2 g/L糠醛、2 g/L 5-羟甲基糠醛和8 g/L乙酰丙酸的木糖发酵液严重抑制嗜鞣管囊酵母发酵木糖产乙醇。在含有2 g/L糠醛的葡萄糖发酵液中,酿酒酵母和嗜鞣管囊酵母的乙醇质量浓度分别为对照的85.05%和46.70%,而在以木糖为底物的发酵液中,嗜鞣管囊酵母的乙醇质量浓度为对照的12.40%。油菜秸秆水解液能够有效缓解2 g/L糠醛对酿酒酵母和嗜鞣管囊酵母产乙醇的抑制,乙醇质量浓度分别为对照的98.40%和91.00%。研究结果表明,酿酒酵母对抑制物糠醛、5-羟甲基糠醛和乙酰丙酸的耐受性高于嗜鞣管囊酵母。     

齿盘式秸秆移位装置设计与试验

针对江苏地区油菜免耕播种机作业时存在易堵塞、种床清洁率低等问题,设计一种齿盘式秸秆移位装置,通过运动力学分析确定秸秆移位的重要影响因素,使用离散元仿真软件进行仿真试验,得出秸秆移位装置工作时的最佳参数组合,最后进行台架试验验证仿真试验准确性。仿真试验结果表明秸秆清除率与位移偏角以及前进速度均呈现正相关的关系,当前进速度一定时,位移偏角越大,装置的秸秆清除效果越好;当位移偏角一定时,前进速度越大,装置的秸秆清除效果越好。当前进速度为0.6 m/s、位移偏角为30°时,秸秆清除率达到最大值64.70%。台架验证试验表明,当机具前进速度为0.6 m/s、齿盘位移偏角为30°时秸秆清除效果较好,此时秸秆清除率为60.69%。试验结果表明齿盘式秸秆移位装置的设计基本满足油菜播种的要求。     

油菜秸秆燃烧特性及其主要气体产物表征分析

以油菜秸秆为研究对象,基于同步热分析、红外和质谱(TG/DSC-FTIR-MS)联用技术,系统研究了恒定升温速率下不同气流速率和样品粒径油菜秸秆的动态燃烧特性,并对其主要气体产物进行了定性和定量表征分析。研究结果表明：油菜秸秆在设定的不同因素水平条件下燃烧特性无显著差异,在燃烧阶段均析出较大量气体,主要包括大量的CO2以及少量NOx、SO2、HCl等气体,产生量依次递减,且气体随时间释放特性与热失重速率特性具有一致的对应关系。基于TG/DSC-FTIR-MS联用技术定量模拟研究油菜秸秆动态燃烧特性和气体排放特性,可为油菜秸秆环境友好型高效能源化利用提供方法学和基础数据支撑。     

稻菜轮作下不同施肥处理对土壤团聚体的影响

通过田间定位试验,研究稻菜轮作制下不同施肥处理对土壤团聚体的影响。结果表明,单施化肥土壤有机质降低;而有机肥与化肥配施可增加土壤有机质,高碳有机肥、油菜秸秆有机肥与无机肥配施可以显著增加土壤有机质,土壤分形维数最小。稻菜轮作下各施肥处理土壤微团聚体(<0.25mm)增加,大团聚体(2～0.25mm)减少,土壤分形维数减小,土壤结构有较好改善。可见,施用有机含碳量高的有机肥可显著增加土壤有机质,较好的改善土壤结构。     

秸秆生物反应堆技术的基础理论及应用效果

在概述秸秆生物反应堆相关定义的基础上，介绍构建秸秆生物反应堆技术的基础理论，包括植物饥饿理论，叶片主、被动吸收理论，矿质元素可循环重复利用理论和植物生防疫苗理论，探讨该技术的应用效果及条件，为充分发挥该技术的应用效果提供理论参考。     

秸秆生物反应堆技术的形式及应用效果

详细介绍秸秆生物反应堆技术的主要形式及适用范围,根据相关文献总结其在蔬菜、马铃薯、果树种植中的应用效果,探讨技术应用中存在的主要问题及解决对策,为秸秆生物反应堆技术的推广应用及相关机械的研制提供借鉴。     

有机溶剂预处理对麦秆厌氧发酵产气的影响

目前,通过对秸秆进行化学预处理后产沼气的研究越来越多,其中以酸碱作为预处理试剂最为常见,但酸碱试剂对设备腐蚀较严重且对环境造成二次污染,故试验选择在厌氧发酵过程中可以被微生物分解的有机溶剂甲醇、丙酮进行预处理。为此,利用自行设计的可控性恒温发酵装置,以小麦秸秆为发酵原料,通过p H值、VFA、甲烷含量、还原糖等指标分析了秸秆经不同浓度的甲醇、丙酮处理后其厌氧发酵产气效率的变化。结果表明:浓度为3%、4%、5%的甲醇、丙酮预处理后的秸秆的累积产气量较对照组均有所提高。其中,5%丙酮处理秸秆后的发酵效果最好,较对照产气量增加了81%;经5%甲醇处理组的秸秆甲烷含量达到68%。