基于机器学习的生物质热解三态产物产率提升研究

通过挖掘文献中木质纤维素类生物质鼓泡流化床快速热解实验数据并建立随机森林(RF)回归模型,以生物质原料特性与热解条件对生物质热解生物油、生物炭、气体的产率进行预测。从影响生物质热解产物分布的5类关键因素中整理出15个特征变量,将输入变量进行了组合得到7个模型,均能很好地预测生物质热解三态产物,回归系数(R²)大于0.9。模型6的输入变量最少且准确度最高,对生物炭、生物油、生物质热解气产率预测的R²分别为0.942 8、 0.956 1、 0.939 1,均方根误差(RMSE)分别为2.679 1、 2.939 5和3.108 3。通过模型贡献度分析可知,热解条件(Ⅴ)为影响热解产物产率的最重要因素,其对生物炭、生物油、生物质热解气产率预测的贡献度分别为0.332 7、 0.220 4和0.214 7。采用部分依赖图(PDP)结合各个特征变量的分布箱线图分析,结果表明：热解温度(HT)、木质素质量分数(Lig)、颗粒粒径(PS)为影响生物炭产率的主要因素;生物油与生物质热解气产率则由HT、纤维素质量分数(Cel)与半纤维素质量分数(Hem)、进...     

生物质炭林业应用效果及应注意的问题

指出了生物质炭是一种新型土壤改良剂,可改善育苗基质、苗圃土壤及林地土壤物理化学性质及微生物活性,减轻重茬病及提高土壤肥力。提出了育苗基质中生物质炭用量一般控制在30%以下;提出了育苗田土壤及林地土壤施用量取决于经济成本、生物质炭质量及土壤肥力;生物质炭与化肥复合后施用量取决于肥料养分施用量;对于木材及薪柴林树可用生物质炭品种广,而对于收获可食用产品的经济林树避免施用含重金属含量高及其含其他污染物的生物质炭。     

不同种类生物质输送量的理论预测方法与实验回归公式

连续稳定地向生物质热解液化工艺系统输送适量的生物质原料是实现生物油连续生产的必要前提条件,而生物质种类及粒径分布千差万别,如何较为准确地预测不同生物质的输送量是至关重要的。本文以不同粒径的四种典型生物质原料为代表,实验测试了生物质的堆积密度及输料量的变化规律。结合输料系统特点,提出了理论预测输料量的方法,通过对实验数据进行多元线性回归处理,得到了物理意义清晰的实验回归公式。对比表明,理论公式、实验回归公式均与实验结果吻合良好,绝大部分数据点落在±10%的误差线内。本文的研究结果对于生物质热解液化工艺方法的研究具有重要参考价值。     

生物质热解液化产物制备酚醛树脂研究进展

在介绍热解制备富含酚类物质液化产物的生物质原料的基础上,综述了快速热解油、真空热解油、高压热解油、常压苯酚液化产物、木质素酚解产物及生物油抽提分离产物等生物质热解液化产物制备酚醛树脂及其应用现状,并指出了生物质热解液化产物替代酚类化合物制备酚醛树脂存在成本较高、反应活性较低、尺寸稳定性较差等问题,利用造纸黑液木质素与树皮制备酚醛树脂将成为重要方向。     

生物燃油的特性及应用

生物质快速热解制取生物油是目前世界上生物质能研究开发的前沿技术，快速热解是采用中等反应温度(400～550℃）、较短的停留时间(1s以内)、在无氧条件下高速升温对生物质原料进行快速热解的过程。生物质热解生成炭、可冷凝气体(生物燃油)和可燃气体(不可冷凝)。随着热解工艺类型和反应条件的不同，     

山苍子核渣生物质炭制备与性能分析

采用缺氧状态下进行热解,以水蒸气法提取精油的山苍子核渣为原料,测定不同热解温度下生物质炭的炭得率、灰分、挥发分、pH、固定碳、亚甲基蓝的吸附值,研究不同炭化温度对山苍子核渣生物质炭的特性影响。热解实验表明:随着炭化温度从300℃升温到600℃,炭得率和挥发分均逐渐降低,灰分和固定碳则逐渐升高,pH值逐渐升高。在温度为300℃时,山苍子核渣生物质炭的炭得率为(52.49±2.14)%、挥发分为(46.45±0.55)%、灰分为(3.37±0.47)%,通过计算得到固定碳为(50.18±1.02)%、pH值为6.68±0.10;在温度600℃时,山苍子核渣生物质炭对亚甲基蓝的吸附值最大,为56.08 mg·g~(-1)。实验结果表明炭化温度为600℃时,山苍子核渣生物质炭对亚甲基蓝的吸附效果最好,可作为一种新型潜在的生物质炭材料。     

林源活性物质提取生产中固形剩余物的热解利用

论述目前我国林源活性物质提取的固形剩余物利用问题。在分析我国林源生物质利用的产业现状和林源生物质提取活性物质生产中固形剩余物的利用现状的基础上,重点介绍固形剩余物热解利用的方法与发展趋势,提出通过生物质固化成型与热解转化技术处理固形剩余物,将林源活性物质提取生产中固形剩余物转化为生物质炭、生物焦油、生物醋液和生物燃气等具市场价值的产品。在利用过程中不产生二次污染,实现清洁生产,提出将节约资源和环境友好落实到林源生物质生态化学利用工程的各个环节,论证这一利用技术的经济价值以及现实意义。     

流化床式生物质快速热解生产线热质衡算北大核心

生物质快速热解技术被国际上公认为最具发展潜力的生物质能源转换技术之一。笔者在北京林业大学平泉实验基地中试生产线试验数据的基础上,进行了年处理1万t流化床式生物质快速热解生产线的热质衡算,研究热解生产线各个工序的物料变化及能量流动情况,获得生物质原料与生物油、热解炭等产品之间的转化关系,定量反映出热解工艺中反应、冷凝等关键过程的能量变化,为确定热解工艺条件及热负荷、生产线关键设备设计及选型提供依据。     

流化床式生物质快速热解生产线热质衡算

生物质快速热解技术被国际上公认为最具发展潜力的生物质能源转换技术之一。笔者在北京林业大学平泉实验基地中试生产线试验数据的基础上,进行了年处理1万t流化床式生物质快速热解生产线的热质衡算,研究热解生产线各个工序的物料变化及能量流动情况,获得生物质原料与生物油、热解炭等产品之间的转化关系,定量反映出热解工艺中反应、冷凝等关键过程的能量变化,为确定热解工艺条件及热负荷、生产线关键设备设计及选型提供依据。     

木质生物质催化热解制备富烃生物油研究进展

生物油是木质生物质等原料经过热解获得的绿色产物,富含多种化学和生物活性物质,在石油替代方面具有发展潜力。生物质催化热解技术是制备高品质生物油的主要途径,但由于生物油含氧量比较高、目标产物选择性比较低、催化剂易结焦失活,限制了其应用。笔者从木质生物质热解机理及其反应途径、催化剂(金属氧化物、金属盐类、微孔催化剂、介孔催化剂)及其催化热解转化机理与产物调控机制、供氢试剂(四氢化萘、甲醇、废旧塑料、废弃油脂及其他供氢试剂)及其共催化热解转化机理等方面综述了木质生物质催化热解制备高品质生物油的进展,概述了催化热解过程中生物油的热解特性、产物组成以及转化机理,并对存在的问题及其解决方案进行了分析,展望了未来的发展方向,以期为木质生物质的高效转化利用提供依据和参考。     

甘蔗渣热解气化特性的研究

在实验条件下,考察反应温度、升温速率、物料颗粒大小等因素对蔗渣在水蒸气中的热解气化特性的影响。实验结果表明,热解终温越高,物料粒径越小,越有利于产生高质量的热解气。在先到达热解终温,再通入水蒸气的操作条件下,升温速率的改变对气化效果的影响并不突出,而热解终温是热解气化过程主要的决定因素。实验在最佳条件,温度采用粉末物料在1 000℃进行热解可以得到高热值合成气10 M J/Nm3,和较高的产气率1.7 m3/kg。     

操作条件对生物质热解的影响研究

阐述了生物质热解机理，并综述了热解温度、升温速率、物料的种类与形态、压力、滞留时间、反应气氛、物料含水率、灰分含量等因素对热解过程的影响。     

木质生物质快速热解生物油产率影响因素分析

木质生物质能是可再生能源的重要组成部分,快速热解技术是国内外木质生物质能源化的热点研究课题.本文在简要总结木质生物质快速热解技术的基础上,着重对快速热解过程中热解温度、升温速率、压力、气相滞留时间、木质生物质物料特性、催化剂、热解反应器等因素对生物油产率的影响进行了论述,阐明了提高生物油产率的快速热解工艺条件.     

喷动循环流化床快速热解动力学方程研究

目前生物质热解动力学方程的研究主要集中在低升温速率工况,实验和模拟数据不能完全反映极高升温速率下商业规模级别热解反应器生物质快速热解动力学特征。以喷动循环流化床快速热解系统为研究对象,分析落叶松树皮快速热解过程,结合气固等温反应理论,通过生物油产率及不凝气体产率,获得落叶松树皮快速热解、生物油转化、不凝气体转化的动力学参数及其动力学方程。     

落叶松树皮喷动循环流化床快速热解的影响因素

对喷动循环流化床落叶松树皮快速热解过程中反应温度、物料粒径、进料速率及气体流量对热解产物产率的影响以及这4个因素共同作用对生物油产率的影响进行研究.结果表明:反应温度是影响热解产物产率的主要因素,气体流量影响较显著,在试验范围内物料粒径、进料速率影响不显著;喷动循环流化床最佳制备液体产物--生物油快速热解工艺条件为:反应温度550℃,物料粒径0.2～0.3 mm,进料速率20 r·min-1,气体流量25m3·h-1.     

层式下吸式气化炉中单颗粒生物质的热解模型

建立了层式下吸式气化炉中有焰热解区单个生物质颗粒的热解模型,耦合了传热方程和热解化学动力学方程,并利用三对角矩阵算法(TDMA)和四阶龙格库塔法进行了求解;分别针对普通无氧热解环境和层式下吸式气化炉中的有焰热解环境,运用文献中的试验结果对模型进行了验证,表明该模型能够较好地预测2种环境下颗粒内部不同位置的温度和热解速率;利用该模型对有焰热解区的生物质颗粒的热解过程进行了模拟分析。结果表明,层式下吸式气化炉有焰热解环境的传热参数为:对流换热系数(hs)为80.4 W/(m2·K)、炭的发射率(ε)为0.792。有焰热解过程中,颗粒内部的温度变化趋势与外部相反;颗粒的平均热解时间比普通无氧热解环境下缩短了16.52%;颗粒的升温速率为182.5 K/min,属于快速热解;随着有焰热解区火焰温度的升高,完全热解所需要的时间逐渐缩短,炭产量从16.92%逐渐降低到13.97%;随着颗粒直径的增加,热解时间逐渐增大,炭产量增加;有焰热解区的高度在6.59~44.1 mm范围内,相当于1.1~2.2个颗粒直径。     

固氮树种对第二代桉树人工林土壤微生物生物量和结构的影响

为了探究固氮树种对我国南方亚热带地区第二代桉树人工林土壤微生物生物量和结构影响及其机制,采用磷脂脂肪酸分析方法分别在干季和湿季研究了第二代桉树纯林和第二代桉树/固氮树种混交林的土壤微生物群落生物量和结构。结果表明:与纯林相比,混交林土壤(0 10 cm)的有机碳含量、铵态氮、硝态氮、总氮、凋落物生物量分别提高了17.77%、41.62%、85.59%、25.38%、19.12%,除土壤有机碳外,其它在统计学上均达到了显著性差异(p0.05);混交林的细菌生物量显著增加,但其真菌生物量显著减少;同时,混交林的总细菌、革兰氏阳性细菌相对百分含量在干季显著提高,真菌的相对百分含量却显著降低;但在湿季,除总细菌外,其它微生物群落结构没有显著差异。主成分分析(PCA)表明:第二主成分轴能明显把第二代桉树混交林和纯林的土壤微生物群落区分开来(p0.05),这种差异主要体现在混交林具有较高的细菌相对百分含量和相对较低的真菌相对百分含量。冗余度分析(RDA)表明:凋落物生物量、凋落物C/N、铵态氮、有机碳含量是驱动我国南方第二代桉树人工林土壤微生物群落结构发生变化的主要因子。此外,壕沟切根试验表明根系及其分泌物可能是第二代桉树人工林土壤微生物的重要碳源。     

Use of 3-PG and 3-PGS to simulate forest growth dynamics of Australian tropical rainforests: II. An integrated system for modelling forest growth and scenario assessment within the wet tropics bioregion

Regional model analyses of forest growth are critical for capturing global aspects of tropical rainforest carbon exchange. This research presents the development of a multi-model approach for assessing forest growth and biomass accumulation within the wet tropics bioregion (WTB) based on 10 years of available data and existing model parameter sets. The Tropical Rainforest Growth (TRG) model system employs the 3-PG and 3-PGS models to account for both old-growth rainforest and forest regeneration from seedlings in response to human-induced and natural disturbances. Above-ground biomass (AGB) stocks of the mature forest throughout the WTB for 2000 were estimated to be ∼202 t C/ha. Replacement of areas of old-growth with commercial timber plantations decreased overall AGB stocks to approximately 146 t C/ha. However, plantation carbon accumulation rates were higher than the mature rainforest, representing their potential to accumulate more biomass over a longer analysis time period. As tropical cyclones may significantly alter the carbon stocks of old-growth rainforests, the effect of tropical cyclone Rona on the WTB was assessed. The cyclone had a minimal impact on total AGB stocks within the region, yet these systems are an important factor to be considered in carbon and forest regeneration modelling activities in the tropics. The TRG system is an advanced modelling tool providing a rapid process-based assessment of biomass stocks and accumulation dynamics within Australia's tropical rainforest bioregion and has the potential for application in tropical forest ecosystems at both national and international levels.     

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。     

Characterization of different wood samples using a new combined method of evolved gas analysis and pyrolysis–gas chromatography/mass spectrometry

Evolved gas analysis (EGA) in combination with analytical pyrolysis is presented as a new technique for rapid investigations into wooden materials. In a first analytical step, the thermal behaviour of three wood samples was determined by EGA. Based on these results, analytical pyrolysis–gas chromatography/mass spectrometry was carried out to investigate the influence of wood-specific thermal behaviour and the chemical composition on the results. Furthermore, the influence of sample mass and particle size was examined.