生物质整合式流化床热解制油系统试验研究

提出了一种将生物质通过热化学方法转化为液体燃料的整合式流化床热解系统,该系统能实现液体燃料的分级制取和能源的综合利用。给料系统的独特设计确保了颗粒状生物质物料能以最大速率20kg／h顺利供给流化床反应器。试验分析了反应温度对生物质热解产物分布的影响,500℃的中温有利于生物油产量的最大化。通过气相色谱和傅里叶红外光谱联用分析仪确定了生物油的主要组分为含有酮、醛取代基的苯酚类和少量的酸、酯类化合物。     

生物质快速热解动力学研究进展

建立动力学方程是正确了解生物质热解过程的关键,研究生物质快速热解机理必须获得生物质在快速热解条件下的动力学方程.为此,介绍了国内外学者对生物质快速热解动力学的研究,对提出的动力学模型进行了总结并分类介绍.生物质在快速热解条件下的动力学模型可以分为单步整体模型、竞争反应模型、半总体模型、焦油二次裂解模型和综合模型等.     

几种生物质热解过程的TG-DSC分析

应用热重—差示扫描(TG-DSC)同步热分析仪对小麦秸秆、棉秆、花生壳和白松等生物质进行了热解实验研究。通过对实验所得小麦秸秆的DTG和DSC曲线对比分析,对生物质热解过程进行了详细的探讨。在DSC曲线上扣除水分的影响后,对其积分得出热解过程需热量的规律。实验数据为生物质热解工艺的能量平衡分析和经济性分析提供了参考。这种方法可以推广到其他生物质以及垃圾等热解和燃烧过程的研究中。     

加压串行流化床制取生物质合成气的模拟

利用Aspen Plus软件建立了加压串行流化床生物质气化过程的模型,并将模拟数值与试验结果相比较,验证了模拟研究的可行性.分别研究了气化温度Tg、气化压力pg以及水蒸气与生物质的质量比(S/B)对生物质合成气的成分、氢碳比、气化份额、生物质合成气产率和生物质碳转化率等的影响.结果表明气化温度、气化压力和S/B对生物质气化过程有很重要的影响,适当地提高气化温度和气化压力对制取生物质合成气有利(Tg在800 ℃左右,pg在0.4 MPa左右),合适的S/B在0.4左右.     

生物质与煤热解特性及动力学研究

利用热重分析技术对4种常见天然生物质(核桃壳、木屑、玉米秸秆、小麦秸秆)和两种烟煤在高纯N2条件下的热解过程进行了分析,研究不同粒度级和不同升温速率对热解过程的影响,并用Coats-Redfern积分法对热解过程进行了动力学分析。结果表明,生物质热解失重主要温度段为200～450℃,烟煤为300～600℃,反应符合一级反应动力学模型,生物质活化能为50～80kJ/mol,煤为30～115kJ/mol;升温速率对热解特性的影响较大,提高升温速率,TG及DTG曲线向高温方向移动。     

固体热载体加热生物质的闪速热解特性

为研究固体热载体加热条件下生物质的热解挥发特性,在一竖直下降管模拟实验台上,利用粒子图像测速技术对陶瓷颗粒与生物质粉的混合流动规律进行了实验研究,分析了生物质颗粒在下降管内停留时间的计算方法。利用固体热载体加热下降管生物质热解实验装置,在400、450、500℃热解温度对玉米秸秆进行了热解实验,并在下降距离分别为100、400、700、1 200 mm位置处对热解炭粉进行了采样,利用灰分示踪法计算了其热解挥发程度。重复性实验表明各工况下的实验数据具有很好的重复性。通过实验数据与一级动力学模型的对比,发现二者之间差距较大,而在耦合生物质颗粒的运动规律后,实验数据与动力学模型吻合较好。     

典型废弃生物质的热解特性研究

对6种典型废弃生物质(锯末、稻壳、纸屑、橱芥、废塑料、废橡胶)进行热重实验分析及热解动力学分析;同时,利用TG/DTG曲线分析了它们的基本热解特性,包括热解区间、最大热解速率的温度、不同加热速度等对热解进程的影响等;通过热解动力学分析,给出了基本的热解动力学方程,研究了各种原料在不同升温速率下的热解动力学参数,为废弃生物质制取生物质能源技术提供基础数据.     

生物质在下降管内的热裂解动力学研究

为研究陶瓷球热载体加热工艺下生物质在下降管内的快速热解的挥发特性,在热解温度分别为723,773,823K,下降距离分别为150,550,850,1 150mm工况下,对40～46目的玉米秸秆粉末进行了热解实验,利用一级动力学反应模型研究了生物质的热解动力学过程。实验数据与模型计算表明,生物质热解挥发程度随温度的升高和下降距离的增大而增大,实验数据和理论模型吻合性较好。     

下降管式生物质快速热解反应器温度场控制与检测

下降管式生物质快速热解器内部温度场的准确控制与测量,是影响生物质快速热解挥发的一个关键因素。为了研究物质快速热解热挥发特性,设计制作了下降管式生物质快速热解反应器及其温度场的控制与检测系统,并且利用该反应器进行了玉米秸秆粉末快速热解挥发特性实验。实验结果表明,该实验装置能够对反应温度进行准确控制和测量;玉米秸秆粉的热解挥发率随热解温度的升高、停留时间的增加呈非线性增大。     

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。     

两种农业废弃物闪速热解挥发特性实验

利用层流炉研究生物质粉在闪速加热条件下的热解挥发特性,选用小麦秸秆粉和花生壳粉为实验材料,确定反应温度(750～900K)和反应时间(0.115~0.240s)为实验参数,首先验证了反应区温度基本均匀一致的实验前提,然后进行热解实验,得到小麦和花生壳在不同条件下的挥发百分比,建立一级反应模型。据此求解出频率因子A和活化能E,最终得到小麦秸秆粉和花生壳粉的挥发特性方程,并验证了实验值与预测值的符合程度非常高,证明了实验和数据分析的正确性,为生物质热解液化研究提供了基础数据。     

农业废弃物花生壳热解气化利用研究

探讨了农业废弃物花生壳作为生物质能利用的可能性。在实验室对花生壳进行热解试验,揭示了花生壳热解产气规律。结果表明,花生壳热解产生的两种主要可燃气:氢气浓度随着热解温度的升高迅速增加,当温度为1 000℃时氢气浓度47%;甲烷浓度随热解温度的升高而显著升高,并在700℃时有最大值,随后降低。同时,利用化学一级反应动力学模型计算得到花生壳热解气化动力学参数活化能E=53. 11k J/mol。     

稻壳与煤的共热解特性

利用热重分析仪,对煤(原煤、脱灰煤)和稻壳分别单独及按不同比例混合热解进行了热重实验。结果表明:稻壳对煤的热解有一定的促进作用,随着稻壳添加量的增加,煤热解高峰区向低温区移动,但这种趋势逐渐减小,且对原煤的促进作用较脱灰煤明显。通过相同配比时不同升温速率的对比实验,得出升温速率增大会使热解所需温度升高和半焦产率增加。由于煤与稻壳热解温度区间基本不重叠,其共热解时不存在协同效应。     

生物质快速热裂解制取生物油的研究

阐述了生物质热裂解机理,介绍了生物质热裂解液化技术的工艺流程,对生物质热裂解液化技术研发现状进行了总结。以榆木木屑为原料,在自制的小型流化床上,开展了生物质快速热裂解制取生物油的试验研究。试验结果表明,粒径小于0.2mm的生物质粒径对生物油产率影响不大,最高生物油产率为43.93wt%,并指出了生物油的应用方式,为生物质快速热裂解液化技术的研究提供了参考。     

金属盐添加剂对生物质微波热解特性的影响

采用微波热解反应器系统与气相色谱和质谱分析仪以及等温吸附仪等研究了NaCl、K2CO3、MgCl2的添加对农业废弃物棉秆微波热解特性的影响.结果表明,3种金属盐添加剂均使液体产物产率下降,固体产物产率增加,且添加剂的加入对简化生物油组分以及提高生物油品质效果显著,产物中酚类物质含量明显降低,乙酸的相对含量由11.87％提升至37.57％,固体焦炭的表面孔隙结构也得到了明显改善.     

兼吸式移动床生物质热解炭化装置设计与试验

针对目前内热式移动床生物质热解炭化试验研究平台条件不足的问题,开发了一种内加热兼吸式移动床热解炭化装置,模拟连续式热解炭化工艺,设计了供气系统、出炭系统、产物收集系统、气体净化系统、温度监控系统,以稻壳作为原料,开展了上吸和下吸式热解炭化试验,研究了停留时间和吸气方式对内热式热解炭化产物的影响。结果表明,随着停留时间的增加,上吸和下吸内热式热解炭化变化趋势基本相同,挥发分和固定碳含量均呈下降趋势,灰分含量增加,磷及氮元素含量均下降,氧元素含量上升,氢元素变化趋势不明显,热值分别从20.7MJ/kg和22MJ/kg下降到14.6MJ/kg和15.2MJ/kg;比表面积分别从0.73m2/g和0.78m2/g上升到3.84m2/g和3.95m2/g,生物炭孔隙结构得到了发展。该系统结构合理,运行稳定可靠,密封效果良好,可有效控制进气方式、进气量、保温炭化时间等试验因素。为内加热炭化工艺参数试验研究提供了重要支撑。     

响应面法优化水稻秸秆炭化工艺参数

采用响应面法优化水稻秸秆炭化工艺条件。在单因素实验基础上,选择热解温度、升温速率和保温时间为随机因子,进行3因素3水平的Box-Behnken中心组合设计,采用响应面法分析3个因素对水稻秸秆产炭率的影响,并建立产炭率的二次多项式数学模型。结果表明:水稻秸秆炭化时,最佳产炭条件为热解温度300℃、升温速率7.56℃/min、保温时间0.98h,在此条件下的产炭率为44.49%。随机选择水稻秸秆炭化条件,所得实验值与理论值的偏差为4.3%左右,理论值与实验值较接近,说明回归方程拟合度较高,该优化方法可行。     

变速升温对玉米秸秆热解产物特性的影响

通过玉米秸秆的变速升温及传统匀速升温热解试验,对不同热解形式下生成的生物炭、生物油及热解气进行检测分析,探究升温速率对其热解产物特性的影响。试验表明,玉米秸秆减速升温生物炭得率和热解气得率分别为29.82%和27.49%,而加速升温的产物中生物油所占比例较大。通过热重试验及气相检测,发现不同的升温设置改变了生物质热解进程。此外对非冷凝气体进行气相检测分析发现,CO、CO2先于CH4溢出,而H2的溢出浓度随着热解温度的升高而增大。对生物油主要成分的检测分析发现,减速升温所制生物油的主要成分为小分子物质,大分子有机物含量很少,而加速升温可以得到更加丰富的多环芳烃。通过对产物的对比分析发现,在相同的热解时间下,减速升温速率设置不仅可以保证热解产物中较高的生物炭得率,且热解气得率比匀速升温试验增加4.49%,生物油相得率减少4.51%,且稠环芳烃含量较少。优化升温速率设置可提高生产效率,从而为生物质热解工程中的炭气油联产提供新的思路。     

预处理棉花秆的热解动力学研究

为研究棉花秆4个样品（原生物质、盐酸酸洗、3%氯化钾加入及10%氯化钾加入）的热解动力学过程,采用热重法对其在不同升温速率下进行了热解实验。结果表明：4个样品的热解都可分为4个阶段,随着升温速率的提高,热解最大速率以及相对应的温度随之提高,主反应区热重曲线和微分热重曲线都向高温方向移动;盐酸酸洗有利于挥发成分的生成,氯化钾参与量达到一定程度可以提高炭产量。将Coats-Redfern积分法和Achar微分法相结合计算出20种常用机理函数的动力学参数与用Ozawa法计算出的动力学参数相比较,得出棉花秆原生物质热解最可能机理符合Zhuralev-Lesakin-Tempelman方程——三维扩散;盐酸酸洗和氯化钾参与的棉花秆热解最可能机理符合Avrami-Erofeev方程——随机成核和随后生长,反应级数n=2。