城市生活垃圾热解气化研究进展

指出了城市生活垃圾的热解气化是新型的垃圾处理技术,具有高效的能源利用率和良好的环保特性,综述了城市生活垃圾的热裂解技术和气化技术的原理以及国内外发展现状,并结合我国城市垃圾的特点,将垃圾热解和气化结合,提出了一种利用生物质粉体外热式热解气化的新工艺.     

生物质热解气化行为的研究

以固定床为气化反应器,对生物质水蒸气气化的特性进行了一系列实验研究。气化介质水蒸气为一定温度下的蒸汽,由一定流量的氮气载入反应体系内。实验探讨了采用杨木屑作为气化原料时,气化温度、以原料浸泡方式加入的催化剂类型、水蒸气加入量等主要参数对气体产量的影响。结果表明:在较高气化温度下,白云石催化剂中铁含量越多,比表面积越大,中孔越多,水蒸气加入量越多,对气化反应越有利。在原料量1500mg、反应温度900℃、水蒸气蒸发温度48℃、陕西白云石催化剂状态下得到的最高氢气产量为5.95mL/min。     

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。     

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。     

利用热分析研究海拉尔褐煤的热解特性

基于高含水率碳基原料直接干燥-热解一体化(IPDDP)工艺,以海拉尔褐煤为原料,利用热天平考察其在氮气气氛中的热解特性以及在空气气氛中的燃烧特性;分析了升温速率对褐煤热解性能的影响;探讨了该工艺的可行性。结果表明:在氮气气氛下,褐煤在低于110℃进行脱水,质量损失约11%;110~690℃脱除挥发分并进行热解,总质量损失约23%;690~900℃褐煤半焦缩聚成炭,质量损失为10%。空气气氛下,在315~320℃,褐煤发生燃烧反应,反应后剩余13.7%灰分。高升温速率会延迟褐煤中水的脱除,促进水蒸气、挥发分和褐煤半焦的共热解,实现干燥得到的水蒸气本身作为褐煤热解的气化剂。     

纤维素热解气催化提质制备呋喃类化合物研究

采用共沉淀法合成了MnCo2O4催化剂,并采用水热法合成了氧化锰八面体分子筛(OMS-2)催化剂,与NaY分子筛催化纤维素热解效果对比后对NaY进一步改性,采用浸渍法制备了Co/NaY、Sn/NaY以及Co-Sn/NaY,并研究了所制备催化剂对纤维素热解气催化重整制备呋喃类化合物的影响。采用氮气吸附-脱附、X射线衍射(XRD)仪、扫描电镜显微镜(SEM)和氨气吸附-脱附法(NH3-TPD)对催化剂进行表征。实验结果表明:金属Co、Sn分散在NaY表面,且没有改变NaY的晶体结构和形貌;负载后催化剂的比表面积和孔容减小,平均孔径增大,且比表面积远大于MnCo2O4、OMS-2;负载Sn几乎不改变NaY分子筛的酸性位点,而Co会减少酸性位点。几种催化剂的加入均促进了醇类、酸类、醛类的生成,抑制了糖类的生成。在纤维素与催化剂的质量比为1∶14的条件下,NaY和Co/NaY均能够显著提高呋喃类化合物质量分数,从未添加催化剂的15.34%分别提高到了48.16%和61.88%,金属负载NaY催化剂均促进了呋喃酮的生成,抑制了呋喃的产生。     

用热分析法研究竹材热解特性影响因素

运用热重/差示扫描(TG/DSC)同步热分析法,通过实验分析了不同氮气流量、不同升温速度、不同竹龄等因素对毛竹材热解过程的影响。结果表明:(1)氮气流量的变化对差热扫描量热曲线没有明显影响,随着氮气流量的增大,在热解过程中失重增大,且最终剩余固体产物量呈递减的趋势。(2)升温速度变化对热重曲线没有明显影响,对DSC曲线的影响较明显。随着升温速度的增大,在整个热解过程中吸放热更明显。(3)在相同的试验条件下,不同竹龄的竹材的热解过程中热量吸放和失重变化温度点存在着一定的差值。     

竹柳热解的热红联用分析

在10℃/min的慢速升温条件下对竹柳热解过程进行分析,并利用FTTR对其热解产物及析出过程进行在线检测.结果表明:竹柳热解过程大致可分干燥失水阶段、快速热解阶段和炭化阶段3个阶段,其中主要阶段发生在127～ 587℃的温度区间内,该阶段的质量损失率高达73.77％;587℃以后试样质量维持缓慢变化,最后的残余质量为17.62％.根据红外谱图分析得出竹柳热解气体产物以CO2、CO、H2O等为主,并可能含有少量的酸酐类、酯类、酸类、酰胺类、烃类等物质.     

杨木粉与纤维素热解特性的对比研究

利用热重红外联用的分析方法对杨木粉和纤维素的热解失重特性和产物生成特性进行了对比研究。结果表明,杨木粉与纤维素热解失重的主要阶段在210～400℃范围内,裂解速率均约在350℃时达到最大。由于纤维素与杨木粉组成成分不同,杨木粉发生热失重的时间更早过程更长,而结构单一的纤维素在热失重过程中反应更为剧烈,分解速度较快裂解更完全。在线红外分析结果表明,杨木粉和纤维素热解产生的气体主要为CO2、CO、H2O及饱和小分子烷烃类,由于杨木粉中还有除纤维素以外的组分,使其热裂解过程变得更为复杂。     

蔗渣纤维与丁二酸酐反应的研究

以蔗渣为原料,探讨了丁二酸酐改性的影响因素,并采用FT-IR半定量法进行了表征。研究发现,采用丁二酸酐直接处理蔗渣可以将羧基引入蔗渣中,羧基化的程度随着反应时间、酸酐用量、反应温度的提高而提高。在超声波处理时间30 m in、反应时间60 m in、反应温度115℃、丁二酸酐与蔗渣质量比1.25∶1的条件下,蔗渣与环状酸酐反应后的质量提高百分数(WPG)为39.4%。采用CP/MAS13C NMR对反应前后的蔗渣试样进行了表征,探讨了反应机理,发现反应后纤维素结晶指数降低,表明碳水化合物和木质素均参与了化学反应。     

蔗髓含量对蔗渣碎料板性能的影响研究

研究了蔗髓含量（质量分数）分别在10%、20%、30%、40%4种不同情况下蔗渣碎料板的密度、静曲强度、弹性模量、内结合强度、吸水厚度膨胀率和板面握钉力等物理力学性能的变化规律.结果发现，随蔗髓含量的增加，板材的密度增加，弹性模量和板面握钉力下降；在蔗髓含量低于20%以下时，蔗髓的存在对板材的静曲强度无明显影响，而随蔗髓含量增加，吸水厚度膨胀率影响显著上升；在蔗髓含量高于20%以上时，蔗髓的含量增加使板材静曲强度明显下降，而对吸水厚度膨胀率无影响；蔗髓的含量对板材的内结合强度影响不明显.     

亚硫酸盐预处理对蔗渣酶解效率的影响

为了破坏蔗渣的抗降解性,获得高的酶解效率,采用亚硫酸盐法对蔗渣进行预处理,探讨亚硫酸氢钠用量对蔗渣理化性质、表面磺酸基含量(磺化度)及酶解效率的影响,并进一步分析了磺化度对酶解效率的影响。结果显示:不同亚硫酸氢钠用量蔗渣的结晶度(I_(Cr))变化不显著,但预处理后蔗渣纤维素结晶区相对含量上升,半纤维素含量减少。50 g蔗渣,按固液比1∶8(g∶m L)加入1.1%的稀硫酸,亚硫酸氢钠加入量(以绝干蔗渣计)为8%,在160℃条件下反应30 min时制得的蔗渣其表面磺酸基最多,达131.73μmol/g。在2%干蔗渣,7.5 FPU/g(以干蔗渣计),50℃,72 h酶解条件下,对不同磺化度的蔗渣进行酶解,结果显示酶解效率随底物的磺化度升高而升高,最高综纤维素水解效率可达83.76%。研究表明:蔗渣的酶解效率与磺酸基团的含量呈正相关,而与蔗渣中纤维素的结晶度关系不明显;酸性亚硫酸盐法可除去绝大部分半纤维素,破坏蔗渣抗降解性,促进酶解效率。     

蔗渣纤维增强聚丙烯复合材料的力学性能研究

利用甘蔗渣纤维作为增强剂,回收的聚丙烯塑料作为基体,并添加MAPP为偶联剂,通过熔融混合、注射成型法制成蔗渣纤维/PP 复合材料,研究蔗渣纤维和偶联剂对复合材料静态及动态力学性能的影响。结果表明：与PP相比,添加了蔗渣纤维和MAPP后,除抗拉强度外,复合材料的静态力学强度有所提高;复合材料的储能模量和损耗模量增加,而损耗因子降低;蔗渣纤维/PP复合材料的玻璃化转变温度Tg为61.8℃。     

无胶蔗渣纤维板制备及性能

以蔗渣纤维为原料,通过热压成型工艺制备了无胶蔗渣纤维板。研究了板材密度、热压温度以及热压时间对其物理力学性能的影响,并通过傅里叶红外光谱及X射线衍射等分析了板材成型机理。结果表明:随着板材密度、热压温度以及热压时间的增加,无胶蔗渣纤维板静曲强度、弹性模量、内结合强度逐渐增大,2h吸水厚度膨胀率逐渐减小。热压过程中,蔗渣纤维中的纤维素和半纤维素基环甙键产生裂变,部分木素降解,产生活性羟基并在纤维间形成氢键,同时,蔗渣纤维中的半纤维素发生水解,生成起胶合作用的缩聚呋喃树脂。热压温度升高,活性羟基及氢键数量增加,缩聚呋喃树脂生成量增大,无胶蔗渣纤维板力学性能更好。     

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。     

甘蔗渣多元醇制备聚氨酯硬泡的研究

通过对甘蔗渣进行热化学液化,制得了以甘蔗渣多元醇为原料的硬质聚氨酯泡沫,主要讨论了催化剂、表面活性剂、发泡剂和异氰酸酯对其性能的影响。结果表明:催化剂B的用量为2.53%时,泡沫体的密度最小,但对泡沫的压缩模量的影响并不大;随着催化剂D用量的增加,泡沫密度和力学性能同时降低;表面活性剂AK-8805用量为2.06%时,泡沫的密度最小,其力学性能也比较好;以水为发泡剂,当水用量增加时,泡沫密度减小但力学性能没有随密度的减小而相应降低,而先有所增加,最后维持在一个平台上;异氰酸酯用量少了,反应程度不够,性能必然会降低,但用量加多了,同样会影响性能。研究表明,PM-200用量在220%~240%泡沫压缩性能最好。     

核桃壳热解行为及动力学研究

利用热重分析在不同升温速率(5～50 K/min)和氮气气氛下对核桃壳的热解失重行为进行了研究。实验结果表明,核桃壳的热解过程可分为失水干燥、预热解、快速热解和残余物缓慢分解等4个阶段;快速热解阶段和残余物缓慢分解阶段的失重率分别为55%和32%左右,它们均可由一级反应过程描述,根据一级反应由Coats-Redfern方法计算核桃壳快速热解阶段和残余物缓慢分解阶段的平均活化能分别为50.7和17.3 kJ/mol。实验结果还表明加热速率越大,热解速率越快。     

竹材居里点快速热裂解研究

利用JHP-5型居里点裂解仪,在358、445、590和670℃4种居里点温度下快速热裂解竹材,通过GC-MS在线分析裂解产物。结果表明竹材居里点裂解液相主要产物为糠醛和酚类物质,其中445℃时2,3-二氢苯并呋喃的相对含量多达21%,并且液相主要产物的相对含量随温度的提高呈现先增后减的变化规律,裂解温度为445~590℃更利于液相产物的生成。裂解机理分析得知糠醛是由纤维素和半纤维素裂解产生,而酚类物质则来源于木质素。     

蔗渣液化产物改性环氧树脂的制备和性能研究

将蔗渣在碳酸乙烯酯中以硫酸为催化剂进行快速液化,然后将液化产物与双酚A缩水甘油醚混合,或将液化产物与双酚A及环氧氯丙烷反应,可制成环氧树脂胶黏剂.该胶黏剂用三乙烯基四胺固化剂固化.讨论了环氧树脂制备方式、液化产物含量和固化剂用量对所得环氧树脂黏合强度及固化物的力学性能的影响,并用DSC和TGA对环氧树脂固化物的热稳定性进行了表征.发现本实验制备的环氧树脂的黏接剪切强度和热稳定性优于传统的双酚A型环氧树脂,用液化产物通过化学改性方法制备的环氧树脂性能优于用共混方法制得的环氧树脂.