垂直下降管内陶瓷球流动与传热的试验

为研究下降管式生物质热裂解反应器内陶瓷球的流动与换热规律,在一内径60 mm,长1.6 m的垂直管上利用粒子图像测速仪进行了陶瓷球流场测试和1.0、1.2、1.4 kg/min质量流量下90℃陶瓷球与室温空气的对流换热试验,分析出了陶瓷球在下降管内的滞留时间和陶瓷球与空气对流换热系数的计算方法。流场试验表明：轴向速度随下降距离增大而增大;任意下降距离处,在靠近管壁半径的15%距离内,陶瓷球的轴向速度逐渐增大,直至达到最大值后不再变化;边壁附近的径向速度变化较大,中心速度基本为零。换热试验表明：不同陶瓷球流量下的对流换热系数基本相同,利用Ranz-Marshall公式计算出的换热系数比理论分析计算的小;根据理论计算的换热系数和试验数据,回归出的努谢尔数与雷诺数的关系式为： ;在60～550℃范围内,利用回归式计算的换热系数与空气温度成线性关系,并随温度升高而增大。     

玉米秸秆粉热解生物油的分析及乳化

为了探究玉米秸秆粉热解生物油的组成及乳化改性技术,对生物油进行了气质联用（GC/MS）分析,并研究了轻质生物油与柴油乳化后燃料的物理性质。生物油有分层现象,上层是溶于水的轻质液体,约占总质量的80%,主要成分有水、羟基丙酮、乙酸、糠醛、环戊烯酮及衍生物、苯酚等,用二氯甲烷萃取后在有机相中又检测到糠醛衍生物及苯酚衍生物等。下层是难溶于水的大分子物质,组成复杂,直接分析难以确定成分。本试验将轻质生物油、0#柴油、复合乳化剂（由Span-80与Tween-20两种乳化剂以特定配比制成）按照一定工艺进行乳化,制成乳化燃料。增加均质时间、乳化剂和柴油比例或减小轻质生物油比例均可以提高乳化燃料的稳定性。乳化燃料的热值与轻质生物油相比有明显改善,但燃料的pH值没有明显提高,需要进一步研究,降低乳化燃料的腐蚀性,使其能够在柴油机上长期应用。     

层流炉二维PIV自动控制系统

在层流炉冷态粒子图像测速(PIV)系统中,相机与测量管的相对位置是保证试验数据精确的重要条件。为使试验过程中整个PIV系统操作起来更加方便、准确、快捷,设计了二维PIV自动控制系统,并在层流炉冷态模拟装置上对该系统的可靠性进行了试验验证。与没有使用二维PIV自动控制系统之前的试验结果相比:各测量段颗粒的轴向中心速度相互之间的衔接实现了平滑过渡,消除了跳跃性变化;收集距离为350 mm,主气流流量为1.5 m3/h时,层流炉内颗粒停留时间的相对误差为9.218%。说明该二维PIV自动控制系统能够满足层流炉冷态试验需要,实现了均匀、连续拍摄,减少了人为误差,提高了试验数据的准确性。     

餐厨垃圾和牛粪混合厌氧发酵工艺优化

在前期单因素试验的基础上,采用二次回归正交旋转组合设计,以总产气量为响应值,研究餐厨垃圾与牛粪质量比、温度、pH值、接种物与原料质量比4个因素对餐厨垃圾和牛粪混合厌氧发酵的影响,建立了产气数学模型,并对模型进行了优化及降维分析.通过上述试验研究,得到最佳工艺条件为:餐厨垃圾与牛粪质量比为2.5,温度37.5℃,pH值7.0,接种物与原料质量比为4;4因素影响主次顺序依次为接种物与原料质量比、温度、餐厨垃圾与牛粪质量比、pH值;通过验证分析,模型预测值与试验值之间误差较小,方差分析不显著,模型拟合较好.     

热化学预处理温度对玉米秸秆干发酵的影响

为研究热化学处理方法对生物质干发酵制备沼气的影响,采用鼓泡流化床热解反应器在150℃、170℃、190℃和210℃下对玉米秸秆进行了热化学预处理,并与未处理的玉米秸秆原料分别进行了35℃中温发酵42d的实验研究。结果表明,一定温度范围的热化学预处理能够改变木质纤维的束状结构,能使半纤维素的质量分数有效降低5.98%～22.25%,木质素的质量分数降低1.75%～20.99%,从而加快启动,提高甲烷产量。其中190℃处理组30d内的累积甲烷产量比未处理组提高了16.30%,启动时间提前了2.10d。结果表明热化学预处理能有效提高玉米秸秆干发酵甲烷产量,加快干发酵的启动速率,提高干发酵效率。     

玉米秸秆与猪粪混合厌氧发酵产沼气工艺优化

该研究针对农村户用沼气发酵中粪便类发酵原料不足、影响沼气池利用率的问题,为弥补沼气发酵原料单一及不足,将秸秆、粪便混合作为发酵原料,对秸秆粪便混合原料厌氧发酵产沼气的工艺条件进行优化研究,旨在为农村户用沼气工程的健康、稳定运行提供一定的科学依据。在前期单因素试验的基础上,采用二次回归正交旋转组合设计,以产气量为响应值,研究玉米秸秆与猪粪质量比、温度、pH值、接种物质量分数4个因素对玉米秸秆与猪粪混合厌氧发酵的影响,得出产气数学模型,并对数学模型进行了理论分析。通过上述试验研究,得到最佳工艺条件为:玉米秸秆与猪粪质量比为1∶1、pH值为7.5、接种物质量分数为50%、温度30℃,预测产气量为18.51 L。4因素影响主次顺序依次为原料玉米秸秆与猪粪质量比、温度、接种物质量分数、pH值;通过验证分析,模型预测值与试验值之间相对误差小于5%,方差分析不显著,模型拟合较好,为提高粪便秸秆混合原料发酵产气量和提高发酵效率提供参考。     

活化赤泥催化热解玉米芯木质素制备高值单酚

木质素富含芳香基团,对其催化热解可制取高值单酚,然而木质素热解气组分复杂,易导致单酚收率低及催化剂快速积碳失活,不利于提高经济效益。该研究利用酸溶-碱沉淀耦合焙烧处理方法制备低成本活化赤泥催化材料,研究活化赤泥催化热解玉米芯木质素制取高值单酚化学品的影响规律,同时对玉米芯木质素及活化赤泥催化剂进行结构表征,并对活化赤泥的催化性能及应用潜能进行分析。结果表明:赤泥活化处理过程可显著改善其自身的表面形貌、孔结构和催化性能;相比于木质素常规热解,活化赤泥提升了生物油中苯酚、烷基酚等高值单酚的含量(60.38%);与商业分子筛催化剂相比,低成本活化赤泥可高效制取单酚,且具备较好的循环使用性能,能作为商业介孔分子筛的有效补充;同时赤泥和木质素2种废弃物耦合共处理,具备潜在的经济与生态环境效益。研究成果为赤泥和木质素等固废的资源化利用提供基础参考。     

下降管式生物质快速热解实验装置设计与实验

为了确定在固体热载体加热方式下反应温度和停留时间对生物质热解挥发特性的影响,设计了陶瓷球热载体加热下降管式生物质热解实验装置,并进行了生物质热解挥发特性实验。该实验装置能够对反应温度进行精确控制,实现生物质粉和陶瓷球热载体按比例连续均匀喂料及热解残炭样品的采集。实验物料为玉米秸秆粉,反应温度分别为450、500、550℃。停留时间通过反应物在反应管内下降距离间接测量,下降距离分别为150、550、850、1 150 mm。利用灰分示踪法计算得到了不同条件下生物质的热解挥发率。实验结果表明:玉米秸秆粉的热解挥发率随着热解温度的升高、下降距离的加长而非线性增大。     

玉米秸秆热解生物油特性的研究

基于为生物油开发利用提供基础数据的目的，在等离子体流化床热解实验台上利用粉碎的玉米秸制取生物油，并对生物油的物理化学特性进行了分析研究。生物油的最高得油率为37%，显酸性，密度在1100～1200 kg/m³之间；动力粘度的总体趋势是随温度的升高而降低；灰分百分含量小于0.1%。同时使用色质联用仪(GC-MS)对生物油进行了组分分析，生物油的主要成分有乙酸、羟基丙酮、水、乙醛、呋喃等。高含水量和含氧量使得生物油热值低，容易发生反应，需要对生物油进行进一步的分析和改性才能用于高端技术。     

下降管式生物质热解液化技术中的除尘设备

介绍了下降管式生物质热解液化装置的原理和工艺过程,比较了各种除尘装置的特点,指出在生物质热解液化工艺中用旋风除尘器除尘是较好的选择.在利用下降管式生物质热解液化装置进行热解实验的基础上,对旋风除尘器的效率做了实验分析.