微波低温催化热解木屑制取可燃气研究

以可燃性气体为目的产物,在450~600℃低温条件下对木屑进行微波催化热解。考察了热解温度、催化剂种类以及催化剂用量对微波热解可燃气产量和热值的影响,并分析热解过程中各气体组分的变化趋势。结果表明:催化剂的加入可有效提高气体产率,不同催化剂对气体产率的影响顺序为:K2CO3Na OHNa2CO3Mg OCa ONa H2PO4Na2HPO4。在热解温度550℃、K2CO3用量(以木屑质量计)20%的条件下得到高产量的中热值可燃性气体,气体产率为62.65%,低位热值14.05 MJ/m3;且K2CO3作为催化剂时可得到较高的H/C的气体。     

微波辅助提取兴安落叶松木材中阿拉伯半乳聚糖的工艺研究

以兴安落叶松(Larix gmelinii Rupr．)木材的加工剩余物为原料．以水为溶剂，微波辅助提取阿拉伯半乳聚糖。通过对影响提取率的主要因素微波作用时间、做波功率、料液比和木粉粒度等进行正交试验．分析得出微波辅助提取阿拉伯半乳聚糖的较佳工艺参数为10．0g兴安落叶松木粉。微波功率210W。微波作用时间35min。料液质量比1：35．木粉粒度0．2～0．3mm时．阿拉伯半乳聚糖提取率17．47％。比传统水浴浸提法高1．6％，时间仅为原来的1/10。用红外和紫外光谱分析两种方法所得产物的化学结构相同。微波辅助提取的粗糖中杂质含量比传统水浴法低。实验结果表明．对于兴安落叶松木材中阿拉伯半乳聚糖的提取．微波辅助提取优于传统水浴浸提法。     

落叶松木材的高强度微波辐照法改性

The larch wood was treated by microwave irradiation under different radiant intensity and treating duration. The microwave-treated wood specimens together with the un-treated for comparison were impregnated by water in pressure vessel and then tested for permeability, mechanical properties and microstructure change by SEM to study the modification performance of microwave treatment on larch wood. The results showed that under suitable conditions of microwave treatment the permeability of larch wood was improved without noticeable decreasing of the modulus of rupture （MOR） and the modulus of elasticity （MOE）. The radial parenchyma and some pit membrane were ruptured, and tiny cracks were formed in the cell walls. The formation of tiny cracks in the cell walls serves as man-made channels of gas and liquid and this contribute to improve the permeability of the wood.     

微波辅助提取兴安落叶松木材中阿拉伯半乳聚糖的工艺研究

以兴安落叶松(Larix gmelinii Rupr.)木材的加工剩余物为原料,以水为溶剂,微波辅助提取阿拉伯半乳聚糖.通过对影响提取率的主要因素微波作用时间、微波功率、料液比和木粉粒度等进行正交试验,分析得出微波辅助提取阿拉伯半乳聚糖的较佳工艺参数为10.0 g兴安落叶松木粉,微波功率210 W,微波作用时间35 min,料液质量比1∶35,木粉粒度0.2～0.3 mm时, 阿拉伯半乳聚糖提取率17.47 %,比传统水浴浸提法高1.6 %,时间仅为原来的1/10.用红外和紫外光谱分析两种方法所得产物的化学结构相同,微波辅助提取的粗糖中杂质含量比传统水浴法低.实验结果表明,对于兴安落叶松木材中阿拉伯半乳聚糖的提取,微波辅助提取优于传统水浴浸提法.     

大兴安岭落叶松林腐殖质的热解特性及烟气成分

为了更好地了解腐殖质的热解规律,以黑龙江省大兴安岭加格达奇地区的落叶松林下腐殖质作为样品材料,采用热重-红外联用技术研究了升温速率、反应气氛及粒径大小对腐殖质热解特性的影响,并检测其热解后的烟气成分。结果表明,随着升温速率的加快,腐殖质进入热解阶段的时间变早,热解反应进行的速度变快;腐殖质在氮气中的热解效果腐殖质在混合气氛中的热解效果腐殖质在空气中的热解效果,腐殖质在空气中的热解质量损失最大;随着腐殖质粒径的增加,热解反应变慢,其热解的最初温度、最终温度、最大质量损失速率和最大质量损失速率对应的温度均呈现增大趋势;无氧条件下,热解产生的烟气成分主要为H_2O、CO_2、CO、烷烃类、苯类、酮类、酚类、醇类和羧酸类等物质;缺氧条件下,主要有H_2O、CO_2、CO、苯类等物质产生;氧气充足条件下,热解产生的气体只有H_2O、CO_2。因此,升温速率越快,越不利于热解反应的进行,活性气氛、粒径增加均有利于热解反应的进行,并且从红外光谱数据可知,氧气是影响腐殖质热解后烟气成分的主要因素。     

棕榈壳热解失重特性及动力学研究

采用热重-红外联用(TG-FTIR)、裂解-气相色谱/质谱联用(Py-GC/MS)技术和小型固定床装置,考察了棕榈壳的热解失重过程和产物特性,并进一步评价了热解半焦的气化反应性。结果表明:棕榈壳热解失重过程大致分为干燥(25~236℃,3.42%)、主失重(236~400℃,52.31%)和炭化(400~850℃,14.90%)3个阶段,1.5级或2级反应可以较好描述棕榈壳热解反应的主失重过程;升温速率10~30 K/min下,反应表观活化能为67.63~76.47 k J/mol;热解过程主要气体产物的释放量顺序分别为CO2、H2O、CH4和CO;600~850℃下,棕榈壳主要热解产物为液相产物,其质量产率36.8%~50.9%,能量产率41.3%~58.9%,主要组分包括苯酚、乙酸、十八烷酸、十六烷酸、4-烯丙基-2,6-二甲氧基苯酚等物质,其中苯酚GC含量较高(12.56%~15.49%),这可能主要与原料木质素的含量较高有关;固相产物的质量和能量产率分别为20.6%~26.7%和27.4%~35.0%,其CO2气化反应性相对低于稻秆、木粉等常见生物质。     

松木屑/低密度聚乙烯微波辅助共热解行为研究(英文)

通过TG和DSC对松木屑/低密度聚乙烯(LDPE)混合物的热解行为进行了研究,并利用微波辅助加热方式对不同质量比松木屑/LDPE混合物的热解产物进行了分析。实验表明,松木屑和LDPE可在270～480℃温度区间共热解,且共热解行为以375℃为界可分为两个阶段;松木屑/LDPE质量比在10∶2以下时具有较明显的共热解行为。气-质联用(GC-MS)分析表明,提高微波功率或增加LDPE加入量均会降低共热解液相产物的产率,其产物中愈创木酚类产物的产率降幅明显;生成大量的1-羟基-2-丙酮和乙酸,约占液相产物分率50%以上。大功率微波辅助加热会增加不凝气体,且LDPE加入量的增加会促进CO、CO2的产生。     

高强度微波辐射对落叶松木材渗透性的影响

采用高强度微波辐射落叶松木材,将微波处理的木材试件与未处理试件在相同的条件下进行加压注水试验,测定吸水增重率(WAR),用于评价木材的渗透性.研究了试材初含水率、处理材心层温度、微波辐射功率、微波辐射时间等处理工艺条件与落叶松木材渗透性的关系.结果表明:适当控制上述处理条件,高强度微波辐射处理可以改善落叶松木材的渗透性.落叶松木材适宜的初含水率范围是25%～60%;适宜的微波辐射功率与落叶松木材的初含水率有关,本文条件下辐射功率可选择9～24 kW;适宜的辐射时间取决于木材的初含水率和选择的辐射功率,当落叶松木材的含水率为30%左右,9.23 kW 微波功率下辐射55 s或20～24 kW微波功率下辐射25 s时,经微波处理木材的吸水增重率是未处理材的200%以上,木材的渗透性得到显著改善. 对微波处理改善落叶松木材渗透性的机理进行讨论,认为微波能够迅速使木材内部的水汽化,在木材内部产生较大的蒸汽压,冲破木材细胞壁薄弱组织,形成细微裂隙,疏通水汽传导的途径.随着微波功率的升高有利于微细裂隙的形成,所需辐射时间缩短,但是过高的辐射功率或过长的辐射时间易造成木材开裂.     

新型喷动循环流化床落叶松木材快速热解实验研究

笔者对新型喷动循环流化床落叶松木材快速热解过程中反应温度和物料粒径对快速热解产物产率的影响进行了研究.结果表明:快速热解反应温度500-600℃时生物油产率有最大值,新型喷动循环流化床适宜的物料粒径范围为0.2～1.2mm.     

生物质三组分真空热解特性及液化产物成分分析

以微晶纤维素、木聚糖和碱性木质素分别作为生物质3组分(纤维素、半纤维素和木质素)的模型物,利用傅立叶变换红外光谱技术(FT-IR)对生物质3组分结构进行了表征,并对3组分进行了真空热解特性分析,同时利用气质联用技术(GC-MS)对3组分真空热解液化后的生物油进行了成分分析,初步探讨了各组分的真空热解液化机理。研究结果表明,纤维素含有吡喃环、β-糖苷键等特征结构,真空热解时失重区间较窄(250~400℃),真空热解油产率较高(73.79%),产物主要有2,5-二甲基呋喃(9.32%)、2,6-二甲氧基苯酚(5.72%)和左旋葡聚糖(17.04%)等;木聚糖中存在β-糖苷键、阿拉伯糖侧链等结构,支链多,热稳定性差,真空热解油主要含有乙酸(10.11%)、羟基丙酮(18.42%)和糠醛(13.15%)等;木质素中含有较多的芳香族类物质结构,热解缓慢,失重区间较宽(185~550℃),热解终了时固体残留物较多,为29.67%,真空热解油中苯酚(16.24%)、愈创木酚(20.37%)等酚类物质较多。     

生物质热解半焦炭的反应性研究

建立了一种新的快速等温测定半焦炭 -CO2反应性实验方法.在800 ℃下分别测定由落下床得到的生物质快速热解半焦炭和由钢甑得到的生物质慢速热解半焦炭与CO2气化反应的速率常数,以此作为半焦炭反应性的评价指标.作为对比研究,同时测定了木炭、石油焦和冶金焦的反应性,并考察了半焦炭比表面积和反应性的关系.实验结果表明,改进的等温测定半焦炭 -CO2气化反应性实验方法具有快速、简便的优点,能准确反映半焦炭反应性变化的趋势.生物质热解半焦炭具有良好的反应性,是优质的气化和燃烧原料.在实验温度范围内,生物质半焦炭的反应性随热解温度的升高而呈增大趋势.生物质半焦炭的比表面积也随着热解温度增大而呈增加趋势,但增幅不大.     

微波辅助杨木快速苯酚液化及产物表征

针对传统木材苯酚液化技术中存在的反应时间长、产物黏度高和反应活性降低等问题,采用微波加热方式,将杨木木粉在酸化苯酚溶剂中进行快速解聚反应。结果表明,微波加热条件下杨木苯酚液化的适宜条件为：木粉含水率30%～40%,液化时间15 min,苯酚与木粉的比例(P/W)2.5,木粉粒径0.18～0.25 mm,在此条件下木材液化率达到87%。微波加热的木材苯酚液化速率比传统油浴加热提高至少6倍。木材被降解为醇类、酸类、醚类、醛类和酚类等低分子质量物质,液化产物黏度显著降低,仅为3015 mPa·s,且与甲醛的反应活性较高,100 g液化产物反应消耗的甲醛达2.1 mol。微波加热与传统加热下的木材苯酚液化反应历程不尽相同,主要表现在纤维素和半纤维素降解为单糖后,单糖可进一步断裂为2,3－丁二醇、1,2－丙二醇、乙二醇和乙二醛等物质,这些物质相互之间可以发生脱水、羟醛缩合等反应进一步生成 2－乙氧基－丙烷,1,1－二乙氧基－乙烷、二异丙基缩甲醛和12－冠醚－4。     

抽提预处理沙柳的热解失重特性、动力学及产物组分

为了控制和改善沙柳原料热解产物品质,对比了热水、1%Na OH和苯-乙醇(苯醇)抽提3种预处理方法,利用热重红外分析法(TG-FT-IR)和热解气质联用(Py-GC/MS)研究了预处理对沙柳热解失重特性及产物生成规律的影响。结果表明:热水和苯醇抽提预处理降低了残炭率,促进了挥发性产物的生成,而1%Na OH抽提预处理增加了残炭率;Coats-Redfern动力学分析发现,抽提预处理沙柳低温段与一级动力学拟合较好,高温段与二级动力学拟合较好,抽提预处理降低了沙柳热解活化能,有利于沙柳热解反应的进行;经过1%Na OH抽提预处理沙柳生成了较多的酚和酮类组分,经过热水抽提预处理沙柳的醛类、酚类、酸类等物质GC含量减少而酯类、醚类GC含量增加,苯醇抽提预处理沙柳各组分GC含量变化不大。     

生物质热解气化产物中焦油的催化裂解研究

采用东北杨木屑为原料,在固定床二级催化裂解反应器上,试验了不同产地白云石催化作用下的焦油催化裂解过程,并对裂解温度和催化剂类型、反应停留时间等参数对焦油转化效果和热解可燃气的影响进行了分析。实验结果表明:裂解温度越高、停留时间越长、焦油的裂解效果越好,裂解温度达到1 000℃时,焦油的催化裂解率达到98.99%,不同产地白云石的催化裂解效果是有明显差异的,陕西产白云石在裂解温度900℃时裂解率达到95.14%。决定白云石催化裂解效果优劣的最重要的因素是白云石煅烧处理后比表面积的大小,比表面积越大,催化效果越好。要想得到好的焦油裂解效果,须选择高比表面积的白云石。     

芦蒿秆热解产物性能及利用的研究

以芦蒿秆为原料,在最终炭化温度为300℃、350℃、400℃、450℃,平均升温速度为150℃/h,保温时间为1 h的条件下对其进行热解,并研究了热解产物的性质及利用.结果表明,450℃的芦蒿秆炭的固定碳含量和热值较高,分别为76.56%和18 782.77 J/g;350℃的芦蒿秆炭对苯和TVOC的吸附率较高,分别为6.97%和7.25%,450℃的芦蒿秆炭对甲醛和氨气的吸附率较高,分别为10.74%和11.94%;所得醋液的性能较稳定,pH值在3.96～4.32范围内,密度为1.01g/cm3.     

生物质焦油催化裂解催化剂的研究进展

生物质能源的高效利用可以有效缓解能源危机,改善生态环境。在生物质热解过程中会产生焦油堵塞设备,造成能量损失,从而影响生物质在工业中大规模使用。在常见生物质能源利用技术中,催化裂解技术可以有效去除焦油并提高可燃气体产量。综述了国内外生物质焦油催化裂解的研究,并对天然矿石类催化剂、碱金属催化剂、非镍金属催化剂、镍基催化剂的催化活性、反应稳定性以及经济效益等进行了讨论。针对镍基催化剂易失活的问题,介绍了通过选择更优的载体,添加不同的助剂对镍基催化剂进行改性,以提高催化剂的催化活性和反应稳定性的相关研究,旨在为制备出更经济高效的催化剂提供研究思路。     

生物质热解产物综合利用方案及经济可行性

通过收集秸秆类生物质热解数据,构建热解产物数据库,从而建立SVM生物质热解产物模型,提出基于农业园区的生物质分级利用一体化方案,同时利用产物模型基于该方案进行个性化种植优化调节。在处理量400 kg/h的情况下,与传统秸秆还田方案相比,该方案能够处理掉25%～50%的还田秸秆。在秸秆处理和肥料采买项目上,园区可节省相关支出近30%,采取优化方案可在此基础上再减少支出近4%。     

微波处理中木材内温度分布的数学模拟

从热传导的物理规律出发,建立微波加热过程中木材内部热传导模型,并通过理论模拟揭示不同微波加热方式对预处理中木材内部温度分布的影响规律。结果表明:微波处理过程中,木材内部的温度分布规律及均匀性与微波加热方式直接相关;当采用单向微波辐射的方式进行加热时,沿着微波入射方向,木材温度逐渐降低,木材内部温差较大,且温度分布均匀性较差;当使用双向微波辐射的方式进行加热时,木材内能形成内高外低的温度梯度,且温度分布均匀性较好。     

杏壳半纤维素的结构表征与热解产物特性

【目的】研究杏壳半纤维素的结构组成、微观形貌以及其热解特性和产物生成规律,为杏壳热化学利用提供理论基础。【方法】采用碱抽提和乙醇纯化方式分离杏壳半纤维素,基于红外光谱、核磁共振、扫描电子显微镜对其结构组成和微观形貌进行表征,利用热重分析、热重红外连用分析杏壳半纤维素的热解特性。【结果】从杏壳中分离出半纤维素的得率为29.44%,红外光谱特征吸收峰主要集中在1 620～600 cm^-1范围内,半纤维素成分以吡喃环结构的木糖为主。核磁共振图谱表明,杏壳半纤维素是以β-D-吡喃木糖形成的木聚糖为主链,在木糖基的C-2位连接4-O-甲基-α-D-葡萄糖醛酸,C-3位连有α-L-呋喃阿拉伯糖。扫描电子显微镜分析显示,半纤维素存在团聚现象,微观形态呈堆砌状的近似球形结构,半纤维素结构有一定的破坏。杏壳半纤维素的主要热解温度范围为210～380℃,在240℃出现一个肩状峰,在308℃出现最大失重尖峰,失重过程在600℃左右结束,800℃时热解残炭量为25.33%。杏壳半纤维素热解时各产物析出量在310℃时达到最高,小分子气体产物主要有CO_2、CO、CH_4,且CO_2和CO量远高于CH_4。【结论】杏壳半纤维素得率为29.44%,是以β-D-吡喃木糖形成的木聚糖为主链,呈堆砌状的近似球形结构,热解产物以CO_2、CO及乙酸、糠醛、丙酮等为主。     

高强度微波辐照和汽蒸处理对落叶松木材材色的影响

为了揭示高强度微波辐照处理、汽蒸处理和微波-汽蒸处理对落叶松(Larix spp.)木材色度学参数的影响及其与微波功率和汽蒸处理时间的关系,进而评价微波汽蒸处理对落叶松木材材色的影响,采用同一树干的落叶松板材生材,测量并计算其在微波功率5.54、12.92和24,与汽蒸2、4、6、8、12、16 h处理下同一位置处理前后,色度学参数L*、a*、b*并通过公式计算出C*、Ag*和ΔE*等参数,系统分析处理前后色度学参数的变化情况。结果表明,素材气干后,L*值和Ag*值升高,a*、b*和C*值降低,总体色差ΔE*升高;微波处理并气干后,试材的色度学参数变化趋势与素材一致,但其数值均略大于素材值的绝对值;汽蒸处理并气干后,试材的L*值和ΔE*值升高,b*值和C*值降低,a*值在汽蒸2 h和4 h时升高,其余各处均降低,Ag*值在汽蒸2、4 h时降低,其余时间段为升高或不变;微波-汽蒸处理并气干后,试材受微波处理和汽蒸处理的共同影响,L*值和ΔE*值升高,变化趋势相似,b*值和C*值降低,a*值在12.92 kW-汽蒸8 h和12 h处升高,其余各处均降低,Ag*值在5.54kW-汽蒸2 h、4 h和6 h,12.92 kW-汽蒸8 h和12 h,24kW-汽蒸4、6、12 h处为降低。