榆木木屑快速热裂解主要工艺参数优化及生物油成分的研究

以榆木木屑为原料,在自制的流化床反应器上,采用正交实验设计,进行了快速热裂解主要工艺参数优化试验,并对产生的生物油成分进行了GC-MS分析.结果表明,榆木木屑快速热裂解最优工艺参数组合为热裂解温度500℃、气相滞留期0.8s、物料粒径O.180mm,生物油最大产率为46.3%(质量分数).热裂解温度、气相滞留期对生物油产率影响显著,而热裂解温度和气相滞留期的交互作用、物料粒径对生物油产率影响不显著.生物油是一种成分极其复杂的有机化合物的混合物,含氧量较高.该项研究为生物质快速热裂解技术的发展提供了科学的依据.     

生物质快速热裂解主要参数对产物产率及其分布的影响

在生物质喂入率为0.8～2.0 kg·h^-1的流化床上以木屑为原料进行了快速热裂解试验，系统研究了木屑热裂解过程中的流化床反应器温度、生物质粒径和气相滞留期三个主要参数对热裂解产物产率的影响。结果表明，当反应器温度在450～600℃之间变化时，在500℃条件下，生物油产率最高，其值为53.33%，而木炭及不可冷凝气体产率分别为8.97%和37.70%。当温度为500℃，木屑粒径在0.90 mm以下时，粒径在0.45～0.60 mm范围内的生物油产率最大，达到58.23%，这时木炭产率为8.23%。对粒径小于0.20 mm的木屑在温度500℃，气相滞留期0.80, 1.20, 1.50 s三个量级上的热裂解表明，气相滞留期为0.80 s时，生物油产率达到最大值为62.60%。但是，当气相滞留期较长时(1.50 s)，生物油产率稍有下降。生物油是极性有机物与水的可溶混合物。因此，木屑快速热裂解生产液体燃料具有较大的潜力。     

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。     

固定化细胞磁稳定流化床反应器制备生物柴油

为了探索生物酶法制备生物柴油新工艺,克服现有工艺的不足,采用超顺磁性全细胞催化剂在自制的磁稳定流化床中对废油脂连续生产生物柴油进行了试验研究。考察了改变磁场强度、进料醇油摩尔比、催化剂用量及流量等因素对连续酯交换反应的影响,进而得到单级磁流化床酯交换反应的最佳工艺条件：磁稳态操作,醇油摩尔比为1∶1,催化剂用量为原料油质量的12%,进料流量为42.6?mL/min。四级磁流化床连续系统最终转酯化率达到85%以上,连续反应200 h后四级出口的甲酯产率仍在80%以上。这说明全细胞催化剂在磁稳定流化床中活性较高,使用寿命较长,该系统具有良好的操作稳定性。     

棉花秸秆炭微波裂解生产设备研制

为了提高棉花秸秆的循环利用效率,分析不同参数对微波裂解棉花秸秆生产秸秆炭的产炭率的影响,该文研制了一套微波裂解设备。微波裂解设备主要由气液处理系统、裂解腔、惰性气体供应系统、恒温控制等组成,工作时微波裂解腔中的磁控管对棉花秸秆的裂解过程提供能量,使棉花秸秆达到炭化的效果。以棉花秸秆的炭产率为指标,以棉花秸秆含水率、炭化时间、微波功率为影响因素,通过Box-Behnken中心组合试验方法对微波裂解设备在裂解棉花秸秆过程中的试验因素进行三因素三水平二次回归试验。分析各因素对产炭率的影响,同时对影响因素进行综合优化。结果表明,棉花秸秆含水率和微波功率对棉花秆秸产炭率影响显著(P<0.01),最优参数组合为含水率11%、炭化时间6min、微波功率1.8 kW。验证试验结果表明,在最优参数条件下,棉花秸秆产炭率为30.9%,与理论值的相对误差为0.71%。研究结果可为棉花秸秆炭微波裂解生产设备的设计和作业参数优化提供参考。     

玉米秸秆在等离子体加热流化床上的快速热解液化研究

为了进一步研究生物质热解液化技术,寻找较为理想的生物油产率所对应的试验条件,设计制作了以等离子体为主热源的流化床热解液化装置,反应器的内径为52 mm,高1150 mm。以玉米秸秆粉为原料在不同温度、不同喂料速率下进行一系列的热解液化试验。试验结果表明：喂料速率在0.6～0.7 kg/h时,生物油产率较高;反应温度升高,生物油产率增高,但是当反应温度超过750 K时,产率反而随温度的上升而下降。使用色质联用仪(GC-MS)对生物油进行了成分分析,4种试验条件下制取生物油的主要成分均为乙酸、羟基丙酮、水、乙醛、呋喃等,试验条件不同各主要成分的相对含量有所不同。高含水量和含氧量降低了生物油的热值和稳定性,容易发生聚合反应,必须经过改性后才能应用。所采用的试验装置及试验方法亦可用于以其它原料获取生物油的研究。     

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。     

几种农林废弃物热裂解制取生物油的研究

农林废弃物是我国农村能源的重要组成部分，对其高品位利用有助于解决农村能源短缺和环境污染问题。该文在流化床反应器上开展了农林废弃物热裂解制取生物油的试验研究，着重对升温速率的影响进行了详细研究，快速升温能有效缩短颗粒在低温阶段的停留时间而抑制炭的生成，有助于提高生物油的产率。比较不同农林废弃物热裂解制取生物油的效果表明：低灰分含量的木屑比稻秆更适合于热裂解制取生物油，而稻秆则适合于气化。同时，农林废弃物热裂解制取生物油技术在生物油的品质经过改性得到提升后，结合炭等副产品的利用，能实现农林废弃物的综合能源化利用。     

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。     

利用小型流化床的生物质热裂解影响因素分析

化石能源的储量减少与污染使人们必须寻找其他替代能源,其中生物质能是一个很好的替代品.该文以榆木木屑、红松木屑和秸秆为原料,在自制的小型流化床上开展了生物质热裂解生物油的实验研究.结果表明红松木屑的产油率最高,热裂解的温度对产油率的影响很大,500℃时生物油的产量最高,热裂解温度越高,裂解气体产量越高,气体热值也越高,而碳的产量越低.而且随着反应时间的变化,裂解气体成分也发生变化,在裂解10 min左右,裂解气体中可燃气体成分最高.     

互花米草在乙醇-水体系中直接液化制备生物油

生物质因其储量丰富、来源广泛、碳中和等优势被认为是最具有应用前景的生产替代燃料的原料。在容积50 m L的小型高温高压反应釜中,利用醇-水共溶剂直接液化互花米草制备生物油,考察反应温度、醇-水共溶剂中乙醇体积分数、液料比对液化产物分布的影响,分析了原料的热重特性及生物油的主要成分。结果表明:随着升温速率的增加,互花米草的热失重曲线(thermogravimetric,TG)和微分热重曲线(differential thermogravimetric,DTG)基本保持不变,但却发生了不同程度的横向移动,出现明显的滞后现象,这是由温度和时间共同作用的结果;正交优化操作条件为温度340℃、乙醇体积分数50%、液料比10 m L/g,此时生物油产率高达44.2%,而残渣率仅为12%;与单一溶剂相比,醇-水共溶剂对互花米草的液化具有明显的协同作用,在提高产油率的同时能够显著改善生物油的品质;生物油的气相色谱-质谱分析表明生物油是一种组分复杂的含氧有机混合物,包括酸类、酚类、酯类、呋喃等,主要成分为酚类和酯类,相对含量分别为29.62%和11.27%;乙醇能够与酸发生酯化反应生成酯类,而酚类主要来自原料中木质素的降解;以乙醇体积分数为50%的醇-水共溶剂作为液化介质时,生物油的能量回收率为76.5%,明显高于以水或乙醇作为单一溶剂时液化所得生物油的能量回收率,因而醇-水共溶剂是生物质直接液化中非常有前景的液化介质。     

全喂入花生捡拾收获机喂入量建模与试验

为解决中国全喂入花生捡拾收获机作业时因喂入量波动导致作业性能下降甚至出现机械故障,而花生捡拾收获机喂入量相关基础研究又缺失的问题,该文以团队前期所研制的4HLJ-3000型全喂入花生捡拾收获机为研究对象,提出了基于捡拾台动力输入轴扭矩的喂入量监测方法。通过对捡拾台进行动力分析,得出了捡拾台动力输入轴扭矩和喂入量的数学模型。利用捡拾台动力输入轴转速、扭矩和功率等工况数据监测存储分析管理系统进行了扭矩和喂入量的道路监测试验。对试验结果进行了线性函数、幂函数、指数函数和二次函数拟合回归分析,结果表明二次函数模型拟合度较高,其决定系数R2为0.990。对二次函数拟合曲线进行分析,结果表明,当喂入量小于等于3.0 kg/s时,随着喂入量的增加扭矩缓慢增加;当喂入量大于3.0 kg/s时,随着喂入量的增加,扭矩急剧增加,且转速随之降低。模型验证试验的结果表明,所建立的二次函数模型具有较好的准确性,绝对偏差率范围为0.42%～2.43%,平均偏差率为1.40%,且喂入量越大,偏差率越大。对喂入量和扭矩的函数模型进行了田间试验,结果表明,扭矩偏差率范围为1.90%～3.58%,平均偏差率为2.65%。研究结果可为全喂入式花生及其他作物捡拾收获机结构优化设计及喂入量的智能测控提供参考。     

不同工艺参数下苜蓿草粉环模制粒机流场的模拟与验证

环模制粒成型技术以其高效率、高成型率、强适应性等优点广泛应用于生物质能源和饲料产业等领域。该文以苜蓿草粉为原料,应用POLYFLOW软件对环模制粒机挤压区流场进行数值模拟,研究了喂料量、环模转速和物料含水率的变化对流场压力、速度、剪切速率和黏度分布特性的影响规律,并以试验验证,旨在为生产工艺的有效控制提供参考依据。结果表明:在结构参数等条件一定的情况下,增大喂料量,流场压力升高,挤压成型区域扩大,且物料以较快的速度作层流运动,流场剪切速率降低,黏度增大,出模压力和成型密度较大;减小环模转速,流场压力和挤压成型区增大,流动速度减小,剪切速率降低,黏度较大,但出模压力和成型密度降低;物料含水率降低使流场压力、黏度、出模压力和成型密度增加。通过比较得出:当喂料量为6 t/h、环模线速度为6.5 m/s和物料含水率为15%时所形成的流场有利于苜蓿草粉的制粒成型。     

寒地超级稻摘脱台设计参数的试验研究

为进一步改善寒地超级稻霜前收获摘脱台的性能,降低梳脱损失,通过对影响摘脱台工作性能的主要参数和结构特点的分析,在4ZTL-1800型气吸式割前摘脱稻麦联合收割机研究基础上,设计了一种具有可更换3种滚筒的摘脱台。以摘脱台的总损失为评价指标,对摘脱滚筒线速度、喂入速度、喂入口开度与喂入口风速进行了单因素和多因素正交试验。单因素试验表明：摘脱滚筒线速度、喂入速度和喂入口风速三因素对摘脱损失有显著影响。正交试验表明：最佳组合为滚筒线速度23 m/s,喂入速度1.1 m/s,喂入口开度120 mm,喂入口气流速度14 m/s,此技术条件下摘脱损失不大于1%。所设计的摘脱台满足超级稻收获要求,并为超级稻割前摘脱联合收割机摘脱台的设计提供依据。     

纤维素木聚糖和木质素含量对生物质热解特性及产物的影响

采用热重法研究了纤维素、木聚糖和木质素含量对生物质热解特性的影响,分析了三组分相互混合热解时的交互作用规律,及其对热解动力学参数的影响;同时,在生物质真空热解液化系统上考察了三组分含量对热解液化产物分布及生物油组成的影响。结果表明,纤维素热解较为剧烈,生物油中芳香族、糖类、醛类和醇类含量较高;木聚糖的热稳定性较差,生物油中芳香族、酮类和酸类物质较多;木质素热解较为平缓且固体残留物较多,生物油成分主要为芳香族化合物。纤维素对活化能和指前因子的影响较大,木聚糖和木质素对反应级数的影响较大;纤维素的热解有利于减少固体残留物,而木质素的热解产物有利于促进糖类的分解;木聚糖对纤维素的热解具有明显的抑制作用;木聚糖能促进木质素的低温热解,两者混合热解对生物油组成影响较小。因此,高纤维素含量的生物质可以获得更高的生物油产率,且适量的木质素有利于促进纤维素的分解,为进一步提高生物油产率和品质提供了理论依据。     

猕猴桃切片微波真空干燥工艺参数的优化

为了提高水果干燥效率、干制品质量和降低干燥能耗,以猕猴桃切片为对象,进行了微波真空干燥试验。通过单因素试验,研究了微波功率、物料厚度、干燥室压力对猕猴桃切片干燥特性的影响。通过3因素5水平的二次回归正交试验,分析了微波功率、物料厚度、干燥室压力与猕猴桃切片干制品复水率、叶绿素含量、维生素C含量及单位耗电量的关系,建立了各指标与试验因素间的回归数学模型,并利用多目标非线性优化方法,确定了猕猴桃切片微波真空干燥最优工艺参数。结果表明：在微波功率为6.54 W/g、切片厚度为6.16 mm、干燥室压力为76.8 Pa的条件下,微波真空干燥猕猴桃切片的能耗最低,同时干制品质量也得到保证。     

拖拉机液压机械无级变速箱换段控制优化与试验

为了提高无级变速拖拉机的换段质量,该文对所开发的一种新型液压机械无级变速箱的换段过程进行了试验研究。离合器充油特性试验中,通过改变离合器控制油路参数,获得主油路压力与充油流量对换段时间的影响规律;单因素加载试验中,通过单独改变发动机转速、主油路压力、充油流量、负载转矩,获得各因素单独作用时对换段质量的影响规律;多因素组合加载试验中,设计了3水平4因素组合试验方案,对多个因素综合作用时的变速箱换段质量问题进行了研究;时序优化试验中,通过控制器改变离合器动作时机,获得最佳的换段时序。试验结果表明：离合器主油路压力、充油流量可通过影响换段时间而间接影响到换段质量;重叠时序换段会引起油压陷阱,证明了重叠换段的安全性和可行性;单因素作用时,换段质量与离合器压力、流量正相关,与负载转矩负相关,与发动机转速无关;多因素共同作用时,换段质量的主次影响因素依次为充油流量、负载转矩、主油路压力、发动机转速;此外,采用重叠时序换段可显著改善换段质量。根据试验结果得出,为使该变速箱获得最佳的换段质量,其离合器主油路压力应取值4MPa,充油流量取值5L/min,重叠时序取值120ms。该结论为换段控制策略的制定提供了重要参考。     

生物质燃油摩擦磨损特性试验分析

采用四球摩擦磨损试验等方法,研究了热解液化方法制备的生物质燃油的摩擦学特性.借助SEM,XPS,GC-MS,TGA等分析测试技术考察了摩擦磨损实验后的摩擦副磨痕表面形貌,磨痕表面元素的化学结合状态,摩擦磨损实验前后生物质燃油的主要化学成分的变化及其热化学物理特性.结果表明:生物质燃油的最大无卡咬负荷(PB值)为392 N,在196N和294N压力,生物质燃油的平均摩擦系数为0.083和0.097,磨痕表面呈带状犁沟:磨痕表面出现了含-OH、-COOH基闭的有机物和FeS、FeSO4的能谱吸收峰;摩擦磨损实验后生物质燃油的醛酸类物质含量明显变化.生物质燃油的摩擦磨损机理归因于在摩擦表面形成了含FeS、FeSO4等的化学反应膜以及含有-OH、-COOH等极性基团的有机物的吸附油膜的存在,使钢球摩擦副之间保持了良好的边界润滑.