流化床藻类生物质快速热裂解试验

为实现藻类生物质资源的综合利用,该文选取藻类生物质中的马尾藻进行热重分析,并在自行设计的小型流化床上进行快速热裂解试验,分别研究了马尾藻热解过程及热解产物的产率随温度的变化规律。结果表明,随着温度的升高,热解经历了3个阶段：预热解、快速热解、慢速热解,并且由于多糖、蛋白质等物质热稳定性的不同引起马尾藻在快速热解阶段出现两个失重峰。在快速热裂解试验中,选择450、500、550、600℃ 4个反应温度对马尾藻的热裂解规律进行了研究,主要考察了不同反应温度对热裂解产物收集率的影响。研究发现残炭的产率随着温度的升高而降低,而热解气的产率则随着温度的升高而升高,生物油的产率随温度变化先升高后降低,在550℃左右时产率最高,约为30.5%,这为马尾藻快速热裂解制油的推广与工业利用提供参考。     

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。     

稻草热裂解动力学研究

生物质热裂解液化是未来最有前途的可再生能源形式之一。为优化工艺参数和改进设备,对稻草在N₂气中以低加热速率(10、15、20、30℃/min)用热重分析仪(TGA)进行动力学研究,建立起的一级平行反应模型给出了快速热解区的最佳拟合,并对热解过程中测得的质量损失、温度、和动力学数据进行了报导     

流化床生物质快速热裂解试验及生物油分析

在自行研制的一套进料量为5 kg/h流化床上,选用高铝矾土为流化床床料,选择450℃、475℃、500℃和525℃ 四个反应温度对玉米秸秆粉的快速热裂解规律进行了研究,主要考察了不同反应温度对热裂解产物收集率的影响。在热解温度为500℃左右时,生物油收集率具有相对高的数值：37.5%。所得到生物油有两个分层,利用气相色谱－质谱联用仪对各自成分进行了定性分析。     

榆木木屑慢速热裂解过程中气体的逸出规律

为掌握榆木木屑的热裂解特性,该文利用热分析/质谱联用技术研究了榆木木屑在20℃/min升温速率下的慢速热裂解过程。主要探讨了水蒸汽、甲烷、氢气、一氧化碳、二氧化碳等7种小分子气体在慢速热裂解过程中的逸出规律。气体逸出和失重主要发生在升温阶段,恒温温度越高,气体越容易逸出。在榆木木屑加热至380℃和480℃并恒温1.5 h的过程中,所有逸出气体峰值对应的温度约为350℃。通过计算质谱图中逸出气体的峰面积,比较了7种逸出气体的相对体积含量,结果表明,水蒸汽、一氧化碳和二氧化碳的含量较高,水蒸汽相对含量超过50%,而氢气、甲烷、乙烷和丙烯在逸出气体中含量较低。     

农业生物质热裂解实验研究

研究了温度和加热速率等因素对玉米秆、棉柴、麦秸和稻草等农业生物质热裂解过程中产品得率的影响。实验结果表明,适宜的热解温度为500～600℃,原料滞留时间以6～8min为宜,可燃气、生物炭和木焦油等三种热解产品的得率(wt％)分别为40.2％、34.7％和25.1％;产品成份和有关指标的测试结果表明,燃气的热值为12.88MJ/m³,生物炭的热值为25MJ/kg,冷凝木焦油中的有机组份主要包括甲醇、糠醛、苯酚、邻甲酚、甲苯和醋酸等。     

工业木质素的热裂解试验研究

本文研究了木薯水解剩余木质素在N2氛围下的TG和DTG曲线,以及在不同升温速率下热裂解产物的组成随温度的变化情况。试验结果表明,在290~430℃之间热裂解速率最快;在400~800℃之间时,焦炭产量随着温度的升高而降低,焦油产量首先会随着温度升高而增加,在达到一个最大值后,随着温度的进一步升高,部分挥发分的二次热解会使焦油产量降低,气体产量随着温度的升高而增加,H2、CO、CH4和CO2等组分也随着温度的升高而有相应的变化;快速热解在600℃以下有利于焦油和焦炭的生成,在600℃以上有利于气体的生成。通过GC—M S分析发现焦油中的组分主要是苯酚类化合物。     

玉米芯的热解特性及气相产物的释放规律

为了全面掌握不同热解条件下玉米芯的热解特性及热解过程中气相产物随温度变化的释放规律,深刻理解玉米芯的热解行为及反应机理,该文采用热重-质谱联用技术对玉米芯进行了氮气气氛下的热解特性试验研究,对比研究了不同升温速率(5、10、20℃/min)、不同粒度(74、154、280、450μm)、不同气体流速(30、60、90 m L/min)等因素对玉米芯热解行为的影响,发现非等温失重过程可分为4个阶段:失水、预热解过渡、挥发分析出和炭化阶段。通过质谱分析研究了热解过程小分子气相产物(CO、CO2、CH4、O2、H2、H2O)的释放规律,并计算了挥发分释放指数。升温速率升高,热解反应越易进行;在粒度小于450μm范围内,试样热解的总失重率随粒度的增大而增加,而且颗粒越大,挥发分产物开始逸出的温度越低。粒度为154~450μm的试样的热解过程主要受颗粒内部热传递影响,而粒度154μm的试样的热解主要受内在反应动力学速率控制;随着气体流速升高,试样热解的总失重率和初始温度增大,但增幅很小,最大失重速率对应的温度也有向高温段移动的趋势。利用Coats-Redfern方法计算出玉米芯的热解动力学参数,说明玉米芯热解的挥发分析出阶段可用单段一级反应描述。该研究对于优化以玉米芯为原料的热化学转化工艺参数和提高燃料产物的产量与品质等具有重要意义,对于设计和开发高效的生物质能转化设备也可提供参考。     

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。     

生物质在熔盐中的热裂解特性

为了研究生物质在熔盐中的热裂解特性,在自行设计的生物质热裂解反应器中,以熔盐热裂解生物质,考察了裂解温度、FeCl2含量和原料种类对生物质热裂解特性的影响,测定了生物油的物性参数,并用气相色谱-质谱（GC-MS）分析了生物油的主要组成。结果表明：在物质的量比为7︰6的ZnCl2和KCl混合熔盐中添加物质的量分数为5% FeCl2裂解生物质,温度对热裂解的影响显著,生物油得率随温度先升高后降低,存在最大值,以水稻秸秆为原料相对应的温度为525℃,最高生物油得率约为18%;添加FeCl2能提高生物油得率;以纤维素为原料裂解制得的生物油含水率小于以水稻秸秆为原料的生物油含水率;生物油含水率较高,其密度与水相近,黏度比水略大,灰分少,pH值为2.5～3.0;生物油成分复杂,含甲氧基类有机物较多,需改性后使用。该研究为熔盐热裂解生物质制取生物油提供了参考依据。     

机动车燃用生物质气化气的行驶与排放特性

分别以生物质空气气化气和富氧气化气作为机动车燃料,从行驶和排放特性2个方面进行了试验研究。结果表明：相同条件下,燃用生物质空气气化气行驶里程是富氧气化气的1/3,燃用生物质富氧气化气的行驶里程是天然气的1/3;燃料（气体组分）变化对机动车尾气中一氧化碳排放影响较小,过量空气系数对一氧化碳的排放量具有决定性作用;以生物质空气气化气作为发动机燃料时,碳氢化合物排放量较低,以生物质富氧气化气作为发动机燃料时,碳氢化合物排放量较高,但排放趋势相似;燃料（气体组分）变化对氮氧化物排放起决定性作用;而温度是影响热力型氮氧化物排放的主导因素。生物质气化气是一种清洁、可再生的代用燃料。     

改性玉米芯制备太阳能界面蒸发体及其性能分析

针对天然生物质材料应用于海水淡化领域,蒸发效率较低、材料容易降解等问题,采用多巴胺对天然玉米芯进行改性处理,以改性玉米芯为基底,在其表面包覆炭黑-纤维素薄膜,制备了一种集光热转换、输水、隔热于一体的太阳能界面蒸发体。对改性玉米芯蒸发体的光学吸收性能、输水性能、接触角进行表征,并搭建了室内蒸发试验和户外蒸发试验系统,测试了改性玉米芯的蒸发性能,与天然玉米芯相比,改性玉米芯蒸发体的蒸发速率相对未改性的提升了约10.4%。对改性玉米芯蒸发体进行了30次循环试验,蒸发体均保持稳定的蒸发速率,整个循环测试中蒸发速率波动不超过1%。并且,长期工作后,蒸发体表面没有盐分沉积,没有出现材料软化、降解现象。改性玉米芯蒸发体在海水环境中能够保持良好、稳定的蒸发性能,且能够有效降低海水中的Na⁺、K⁺、Mg²⁺、Ca²⁺等离子浓度,达到世界卫生组织所规定的饮用标准中的相应限值。改性玉米芯蒸发体的制备方法简单、成本低廉、蒸发性能稳定,为扩展生物质材料在海水淡化领域的应用提供了有效途径。     

190型热裂解生物质气发动机性能研究

为了解不同运行参数和不同材料的热裂解生物质气对发动机功率和有害排放物的影响,该文利用热裂解低热值生物质气作为大缸径非增压火花点火发动机的燃料,研究了生物质气发动机的动力性、经济性和排放性。试验数据表明:发动机全工况范围内稳定运行;发动机的燃烧速度较慢,点火提前角为BTDC32℃A时发动机燃烧效果最好;发动机的排放性较好,NO排放随负荷的增大而升高,HC和CO排放随负荷的增大而降低,随裂解气热值的增加NO排放升高。因此,低热值热裂解生物质气作为大缸径发动机的燃料可以实现发动机的稳定运行,并具有较好的经济性和排放性。     

废气再循环技术在温室柴油热风炉中的应用

针对目前使用的温室柴油热风炉存在的热利用率低和排放污染问题，提出了利用废气再循环(EGR)技术来提高柴油热风炉热效率的方法，并研制出一种适用于温室内应用的全数字式智能监控柴油热风炉EGR热交换设备，并阐明了其结构及工作原理。试验结果表明，该方法引入的废气量最好为总进气量的50%～70%；当EGR率为60%时，与无EGR率比较时，可提高热利用率17.6%，节约了能源，并且还降低了排放污染。它是替代传统柴油热风炉加温方式的理想系统，适用于大多数柴油热风炉上。     

Effects of Spent Mushroom Compost (SMC) as an Ingredient in Phase I Compost on Production of Agaricus bisporus

Experiments were performed to determine the effect of using 20% spent mushroom compost (SMC) as an ingredient in phase I compost on mushroom yield. Yields from compost prepared with two 20% SMC formulations (80Ctl, 80LC) were compared to a standard control (Ctl) containing no SMC. The 80LC compost was formulated with a higher level of lignocellulose raw materials, including corn stover, corncobs, cottonseed hulls, and wheat straw. The 80Ctl compost contained 20% SMC plus the same raw materials used to prepare Ctl compost. Yields of 80LC matched or exceeded yields of the Ctl compost in all three crops while yields of 80Ctl were significantly lower. As an additional factor, lignocellulose supplements were added at spawning and were a significant factor in increasing mushroom yields, although not superior to a standard commercial supplement applied at 3.7% (dry compost weight). Compost bulk density was significantly higher (19–20%) in compost formulations containing 20% SMC compared to the non-SMC Ctl. Populations of four prominent phyla of bacteria (Firmicutes, Actinobacteria, Proteobacteria, and Chloroflexi), as determined by pyrosequence analysis, were similar in both compost types and did not appear to influence mushroom yield.     

基于下吸式固定床的木片气化试验

樟子松木材是中国一种重要的生物质能源原料,通过气化技术可将其转化为高热值生物燃气,用于内燃机发电。该文研究了下吸式固定床气化系统中当量比(ER)对樟子松木片气化性能的影响,并且对气化副产物炭和焦油的基本特性进行了分析。结果表明,气化最优ER值为0.251,可燃气热值为4.55 MJ/Nm~3,可燃气成分为CO(17.47%,以体积分数计,下同)、H2(14.67%,以体积分数计,下同)、CO_2(12.43%,以体积分数计,下同)、CH_4(2.12%,以体积分数计,下同),可燃气焦油含量为350 mg/Nm3,冷气效率为65.46%,具备较强的气化发电潜力。木炭的低位热值和比表面积分别为28.17 MJ/kg和342 m~2/g,可制备成型炭燃料和高比表面积活性炭。轻质焦油主要成分为酚类(36.75%,以质量分数计,下同)、乙酸(22.14%,以质量分数计,下同)和酮类(13.73%,以质量分数计,下同),可制成植物生长调节剂;重质焦油主要成分为杂环的芳香烃(59.98%,以质量分数计,下同)、1环的轻质芳香烃(4.71%,以质量分数计,下同)和2-3环的轻质多环芳香烃(16.48%,以质量分数计,下同),可制备高附加值芳香烃类化学品。小试规模的木片气化试验研究将为大规模的气化发电工艺和设备提供优化设计参数。     

生物质连续热解炭气油联产中试系统开发

针对目前多数生物质炭化设备生产连续性差、能耗高、生产过程中存在焦油水洗二次污染等问题,结合生物质炭化技术最新进展和农林剩余物原料特征,提出了生物质连续热解炭气油联产工艺方案,引入连续分段热解、多级组合除尘脱焦和燃油/燃气回用加热工艺方法.在此基础上,重点突破了多线螺旋抄板物料均匀有序输送、多腔旋流梯级高效换热、保温沉降密封出炭、系统压力与气体组分耦合预警等技术,开发了生物质连续热解中试生产系统.运行检测结果表明:系统运行稳定可靠,温度控制精度为±16℃,反应室压力控制精度为±-25 Pa,以花生壳为原料,原料处理量为28.2 kg/h,生物炭得率为31.3％,热解气产率29.6％,液体产物产率19.8％,热解气低位热值为16.3 MJ/m3,各项技术指标均达到了系统设计目标与要求.该中试系统的开发为设备放大及示范应用奠定了重要基础.     

Stack Gas Desulfurization by Seawater in Shanghai

There are a series of advantages in use of seawater as absorbent to remove SO₂ in stack gas. Use of seawater for stack gas desulfurization is the first choice method for thermal power plant located on seaside. A study on the possibility of desulfurization by seawater of the East China Sea has be done by our institute. The qualities of seawaters have been investigated. These seawater samples were sampled from the East China Sea located Shanghai and Zhejiang province in China. The stack gas desulfurization of coal-fired power plant by seawater was conducted on 100 m³/h scale at Zhejiang. A pilot plant with 6000 m³/h scale has been completed and put into operation in Shanghai. It is found that the removal efficiency of SO₂ increase with ratio of seawater with stack gas. The removal rate of SO₂ in stack gas reached about 90≈95% when a plate tower was used. The waste seawater absorbed SO₂ can return to the sea after aeration and neutralization.     

SE–Structures and Environment: Physical Properties of Composting Material: Gas Permeability,Oxygen Diffusion Coefficient and Thermal Conductivity

Composting is one of the oldest bio-technological processes used by human beings. It can be defined as the partial decomposition of heterogeneous organic matter by a mixed microbial population in a moist, warm and aerobic environment. In the organic matter, a dense population of various micro-organisms is found. The micro-organisms use organic matter, minerals, water and oxygen for their growth and metabolic activity. Each microbial species has an optimal temperature at which growth and multiplication rates are maximal. The oxygen concentration plays a dominant role in these processes. To optimize the composting process, the above-mentioned aspects must be known in detail. A simulation model offers an appropriate tool to reach this goal. Such a model must especially describe distributions of temperature and oxygen concentrations because these are considered as the most important process parameters. Reliable results can only be obtained if the physical properties of the composting material are well known under various conditions. In this paper, measurements of gas permeability, oxygen diffusivity, and thermal conductivity of the composting material are presented.Generally it is found that the gas permeability decreases as the gas velocity increases. For raw material, the gas permeability decreases with the wetness, whereas for older material there is no clear relationship. For composting material which has been turned once, the gas permeability is larger than for raw material. The oxygen diffusion coefficient is proportional to the gas-filled volume fraction to the power 1·5. There is no clear relationship between the oxygen diffusion coefficient and the age of the material. It is found that at a given temperature and for volume fractions of solid phase of 0·33 or less, the thermal conductivity increases linearly with the volume fraction of the liquid phase. The thermal conductivity is not influenced by the age of the composting material. The thermal conductivity increases with temperature.     

一种新型自然光气体熏蒸平台：系统结构与控制精度

研制新建自然光气体熏蒸平台主要用于开展大气环境变化对作物影响的研究。该平台采用分布式拓扑结构,通过监测系统实时探知温度、湿度、光照、压力以及目标气体浓度的变化,利用温度、湿度调控系统和布气系统实现对外界环境的动态模拟,使气室内的气象因子与室外基本一致,并使气体浓度达预定目标要求。平台设置室外对照（Ambient）、室内对照（CK）、高浓度臭氧（[O3]）、高浓度二氧化碳（[CO2]）和高浓度O3和CO（2[O3×CO2]）5个处理,其中室内对照实时模拟室外环境,[O3]处理为Ambient的1.6倍,[CO2]处理比Ambient高200ppm。2011年水稻生长季气室运行结果表明,[CO2]和[O3]控制精度在90%以上的时间占总布气时间的比例分别达95%和80%以上,温度、湿度和大气压力控制精度在90%以上的时间均占总运行时间的95%以上,平台光照控制精度在90%以上的时间占总运行时间的75%以上。整个布气期间,CO2和O3浓度平均控制目标完成比（target achievement ratios,TAR）分别为1.01和1.00,温度、湿度、光照和大气压TAR分别达1.01、0.99、0.96和1.00。稳态熏蒸测试结果表明,气室内O3、CO2、温度和湿度的水平分布和垂直分布均匀,控制稳定。