白云石催化松木燃料棒水蒸气气化试验

以松木燃料棒为试验对象,水蒸气为气化剂,在反应器底部装载定量的白云石作为催化床,通过考察气相组分变化,以及焦油的傅里叶变换红外光谱变化,综合分析白云石催化随温度变化的规律。试验表明:煅烧后的白云石促进提高气化气中氢气含量,相比无催化剂添加,H_2体积分数在800℃时涨幅较大,由32.32%升高至40.11%;当温度大于850℃,由于白云石催化裂解焦油速率随温度加快,以及碳酸盐自身分解加剧,造成CO_2体积分数增大;白云石能够促使碳氢化合物向小分子H_2、CO_2和CO转化,且随温度升高而加剧。白云石促进脂肪烃的碳链断裂、芳香烃开环反应、脱羟反应、脱羧反应、三键断裂反应,以及羟基和醚链的氧化等,但羧基脱除速率随温度升高逐步大于羟基及醚氧化为羧基的速率,使羧基含量先增加后下降。     

杉木分级催化热解-气质联用实验分析

利用热解-气质联用仪对杉木进行了分级催化热解实验,考察温度和催化剂对热解产物组成和含量的影响。结果表明第1级300℃热解产物种类较少,以有机抽提物为主,而第2级500℃热解产物种类较多。ZSM-5和MCM-41两种催化剂都降低了热解产物中羰基化合物和大分子木质素热解产物的质量分数。ZSM-5降低了热解产物乙酸的质量分数,并形成大量芳香烃;而MCM-41提高了热解产物中乙酸和糠醛的质量分数。     

升温速率和水分含量对木屑热解过程和特性的影响

以木屑为研究对象进行热重分析试验,利用TG／DTG曲线分析了木屑热解的基本特性,包括热解区间、最大热解速率对应的温度、不同加热速率和水分含量对热解过程的影响。试验结果表明：木屑的失重过程主要由干燥、预热、挥发分析出和炭化4个阶段组成;随着升温速率的增大,TG和DTG曲线移向高温区,半焦产率降低;水分含量的增大在一定程度上促进了木屑热解反应的进行,使半焦产率升高。     

基于TG-FTIR的雷尼镍催化乙醇木质素热解特性研究

采用热重红外联用仪(TG-FTIR)对雷尼镍催化的乙醇木质素(EOL)热解过程进行实验研究,考察雷尼镍催化剂对木质素热解过程失重特性及挥发性产物释放规律的影响作用,推断其催化作用机理。实验结果表明:雷尼镍催化EOL热解提升木质素结构单体间烷基醚键断裂,导致酚类、烷烃类和CO2产物释放量明显增加;EOL最大失重速率对应温度降低50℃,CH4的释放峰值温度升高。     

钙基催化吸收剂对玉米秸秆热解气化制氢特性的影响

在一个2段式生物质热解气化装置上考察了钙基催化吸收剂对玉米秸秆制氢特性的影响,结果表明:CaO添加可原位吸收气化过程中生成的CO_2,强化制氢过程向生成更多H_2的方向移动。当热解气化温度为650℃、S/B为2、CaO/C摩尔比为1时,产气中H_2体积分数从28.7%上升至56.2%,H_2产率则从64.3 m L/g上升至195.8 m L/g,而CO_2体积分数由21.5%下降至1.1%。而且,CaO的CO_2吸收强化性能与气化温度密切相关,在600~700℃范围内,玉米秸秆热解气化可获得很高的H2体积分数和较高的H2产率。以CaO吸收剂为载体进一步引入Ni O活性组分,可降低产气中小分子碳氢气体,提高产气中的H2体积分数和产率。在NiO负载量为10%时,产气中H2体积分数可达63.7%,而H_2产率对比添加CaO时则接近翻倍,达到了341.3 m L/g。     

基于SLMD的生物质热解动力学预测模型

采用单纯形格子混合设计法(SLMD)对纤维素、半纤维素和木质素3种生物质组分进行复配优化设计,并在综合热分析仪上进行了热解试验。分析了3组分混合热解特性,建立了由生物质3组分比例直接计算动力学参数的预测模型,对模型进行了试验验证。结果表明:纤维素热解反应级数较低(1.20),活化能较高(134.50 k J/mol),指前因子较大(3.49×1012s-1),热解较为迅速与剧烈;半纤维素和木质素热解的反应级数较高(1.30、1.32),活化能较低(33.51、19.98 k J/mol),指前因子较小(9.43×103、107 s-1),热解较为缓慢;3组分在混合热解中对动力学参数存在交互影响,纤维素对活化能和指前因子的影响较为显著,而半纤维素与木质素对反应级数的影响较大;动力学参数预测模型精度较高,可有效预测生物质热解动力学参数。     

La2Cu1-xFexO4催化去除柴油机NOx和PM排放台架试验

为采取后处理技术同时去除柴油机的NOx和PM排放,采用溶胶凝胶法制备了La2Cu1-xFexO4系列催化剂,运用XRD、NO-TPD及H2-TPR对样品进行表征,并对催化剂进行模拟活性评价,结果表明La2Cu0.7Fe0.3O4具有同时去除PM-NO的反应活性。将La2Cu0.7Fe0.3O4制备成催化器进行发动机稳态工况的台架试验,并采取后喷的燃油喷射方式,表明制备的催化剂在发动机高速高负荷工况时能去除NOx和氧化再生PM,当主喷与后喷间隔角为70°CA时后喷燃油能生成大量具有还原性的HC,提高了对NOx的转化率。     

基于低温等离子体辅助催化技术的柴油机排放试验

基于介质阻挡放电理论,设计了低温等离子体发生器,协同Na-Rh/γ-Al2O3负载型催化剂建立了低温等离子体辅助催化（NPAC）系统。通过台架试验研究了在NPAC技术作用下,柴油机有害排放的变化规律。研究结果表明：在NPAC技术作用下,柴油机碳烟颗粒排放有效降低,最高转化效率接近58%;NOx排放总量明显降低,在中低负荷时,转速3 600 r/min对应的NOx转化率比较高,最高达81.5%;在高负荷时,转速2 000 r/min对应的NOx转化率较高。     

基于生物质真空热解液化技术的生物油制

以杉木屑、玉米秸秆和稻壳等7种生物质为原料,在自行研制的真空热解装置上进行生物质真空热解制取生物油的实验研究.7种生物质的生物油产率均大于55%,杉木屑的生物油产率达67%以上.生物油成分分析结果表明,生物油是一种含氧量较高的有机混合物,7种生物油所含化合物类型相似,但具体化学组分及其相对含量有所差别.杉木屑生物油中苯酚及其衍生物的含量较高,达72.81%,仅杉木屑生物油中含有丁香酚,丁香酚的相对含量为4.12%.     

生物质热解气燃烧装置设计与燃烧特性试验

针对目前生物质热解气中焦油去除困难、焦油能量难以利用等问题,结合现有燃气燃烧器相关技术,开展了生物质热解气直接燃烧技术研究与试验。燃烧器理论耗气量为2~5 m~3/h,通过理论计算确定了燃烧器参数,设计了卧式燃烧室并安装烟气催化裂解装置及烟气检测装置,搭建了热解气燃烧试验平台,并对热解气的燃烧特性进行了试验研究。以花生壳为原料,在碳化温度500℃、滞留时间30 min的条件下进行连续热解碳化,产生的高温热解气直接通入燃烧设备。结果表明,燃烧设备性能较好,热解气燃烧过程稳定,燃烧效率达到98.5%,在催化剂的作用下,燃烧效率提高到98.9%,满足设计要求。     

基于ASPEN PLUS的烟气气氛下生物质气化模拟

基于ASPEN PLUS平台利用气固反应动力学,在生物质热解气燃烧所产生的烟气气氛下,建立生物质热解气化模型。通过AKTS热动力学软件分析了生物质在模拟烟气(80%N2、17%CO_2、3%O_2)气氛下热解气化的反应动力学,并对比模拟值和实验值,验证模型的可靠性;对影响热解气化特性的气氛进行分析并确定反应釜数量。结果表明:基于ASPEN PLUS平台进行生物质气化模拟性能良好。生物质热解气化过程中,动力学参数活化能和指前因子随着反应的进行而变化;与氮气和氧气气氛相比,烟气气氛有利于CO产生,产气热值比实验值提高1.3倍。     

松木屑快速热解试验研究

用自行研制的小型流化床试验装置对松木屑进行了快速热解试验,考察了温度、流化气体流量和进料速率对热解产物产率分布的影响.结果表明,反应温度对松木屑的热解产物分布有很大影响,流化气体流量和进料速率对产物产率也有一定影响.在试验的参数范围内,随温度、流化气体流量和进料速率的增加,生物油产率先增加后降低.在温度为475℃、流化气体流量为3.50m3/h、进料速率为1.78kg/h时,生物油产率最高达58 83wt%.     

复合吸波剂TiC/SiC诱导微波热解生物质试验研究

采用复合吸波剂TiC/SiC进行了生物质微波热解制备生物油有机相的研究。采用响应面法分析了TiC与SiC质量百分比、吸波剂与生物质质量百分比和微波功率与生物质质量比对有机相产率的影响;在最优工艺条件下,对比分析了采用纯SiC和复合吸波剂对有机相产率及化学组成的影响,并对固体产物生物焦进行了表征,分析了有机相和生物焦的性能及潜力。结果表明,各因素对有机相产率影响显著,且相互间存在交互影响;当TiC与SiC质量百分比为20%、吸波剂与生物质质量百分比为53%和微波功率与生物质质量比为9.5 W/g时,有机相产率达到28.60%,与预测值28.69%较为接近。使用纯SiC作为吸波剂时,有机相产率降至23.35%,说明引入适量TiC可以使生物质热解更多地保留来自纤维素和半纤维素的产物,在增加有机相产率的同时,降低酸类、酮类和酚类相对含量;相对较多的呋喃类、醇类和酚类及其相对集中的碳原子数分布,使所得有机相产物可用作精细化工原料;核磁共振分析表明,使用复合吸波剂所得有机相中脂肪氢/碳比与芳香氢/碳比明显升高,验证了分析的准确性;复合吸波剂使生物焦具有更高的碳化程度和吸附性能,比表面积和孔容达360 m^2/g和0.22 cm^3/g,可制成活性材料。     

基于NTP的生物质热解气间接加氢提质试验研究

为提高生物质热解气的提质转化效率,以聚乙烯塑料热解气为间接加氢原料,利用低温等离子体(Non-thermal plasma,NTP)协同Ru、Ti及Sn改性HZSM-5,间接加氢生物质热解气制备烃类燃料,探讨了金属改性对反应中活性自由基、有机相产率、理化特性与化学组成以及催化剂结焦率的影响.结果表明,在NTP条件下,R...     

生物质热解挥发物原位贫氧调质试验研究

针对热解挥发物直接燃烧作为分布式热解制炭热源工艺,以消除生物质热解挥发物中炭颗粒、提高其品质,改善其燃烧性能为目的,利用自制生物质螺旋连续热解反应器和热解挥发物贫氧调质反应器,采用贫氧燃烧方式进行了热解挥发物原位调质试验研究,分析了调质温度、空气量对挥发物组分的影响。结果表明:生物质热解挥发物中携带炭颗粒粒径为1~2μm,在调质温度350℃和空气量20 m L/min条件下,已很难收集到炭颗粒,原位贫氧调质可以消除热解挥发物中炭颗粒;贫氧调质对气相产物组分含量影响不明显,主要组分H2、CO2的变化均在±5%范围内,CO、CH4变化在±2%范围内;随着贫氧调质温度升高和空气量加大,重质组分中的烷类物质含量显著降低,酚类物质显著增加,呋喃、醇、茚、醛等次要组分含量略有增加,低碳原子数物质含量增加,高碳原子数物质含量降低;轻质产物中烷类、酸类、酮类和酚类物质相对含量发生显著变化,酚类物质性质较稳定,实际含量变化不明显,调质后低碳原子数物质含量增加。原位贫氧调质可以消除热解挥发物中炭颗粒,降低热解挥发物中重质组分含量,从而改善热解挥发物的燃烧性能,为热解挥发物直接燃烧作为分布式热解制炭的热源提供科学依据。     

Ni-Zn/玄武岩催化剂生物质催化气化实验

采用一步水热法原位合成工艺制备了Ni-Zn/玄武岩复合催化剂,对催化剂微观形貌和表面元素分布进行了表征。以松木颗粒为原料、水蒸气为气化剂,采用下吸式管式气化炉实验平台,研究了Ni-Zn/玄武岩复合材料在不同温度下高温蒸汽的催化气化效果,通过考察气体组分变化,探讨Ni-Zn/玄武岩复合催化剂催化性能随温度变化的规律,并与无催化剂和以白云石为催化剂的催化性能进行实验对比。实验结果表明:水热反应温度为130℃,反应时间为12 h时,Ni、Zn能很好地负载在玄武岩纤维表面;与不加催化剂和加入白云石催化剂相比,Ni-Zn/玄武岩复合催化剂气化温度在950℃时催化效率明显提升,氢气体积分数增加明显,分别由无催化剂时的58. 6%、加入白云石催化剂时的50. 02%升高至63. 28%。     

基于Faster R-CNN的松材线虫病受害木识别与定位

松材线虫病是一种毁灭性松树传染病,其传播速度快、发病时间短、致病力强,及时发现、确定受害木的位置,并采取安全处理措施是目前控制松材线虫病蔓延的有效手段。本文通过小型无人机搭载可见光RGB数码相机获取超高空间分辨率影像,采用Faster R-CNN目标检测算法实现对染病变色松树的自动识别,与传统受害木识别方法不同,本文考虑了其他枯死树和红色阔叶树对受害木识别的影响。实验结果表明,根据受害木的冠幅大小修改区域生成网络中的锚框(anchor)尺寸,并考虑其他枯死树和红色阔叶树的影响,有利于提高受害木识别效果和检测精度。改进后受害木识别总体精度从75.64%提高到82.42%,提高了6.78个百分点,能够满足森林防护人员对受害木定位处理的需求。通过坐标转换的方式得到受害木的精确位置信息与空间分布情况,结合点位合并过程,最终正确定位出494棵受害木。本文通过无人机遥感结合目标检测算法能监测松材线虫病的发生和获取受害木的分布情况,可为松材线虫病的防控提供技术支持。