适宜操作条件提高松木屑超临界水气化制氢效果

为了解操作条件对生物质在超临界水中气化制氢过程的影响,该文以松木屑作为原料,在反应温度500℃、反应压力30 MPa、停留时间30 min、木屑质量分数8%、粒径8~16目的条件下,探索了Fe、Na2CO3、Cu SO4 3种催化剂对制氢过程的催化活性:FeNa2CO3Cu SO4。选用Fe催化剂,考察了反应压力30 MPa、停留时间30 min、反应温度(420~500℃)、木屑质量分数(8%~40%)、粒径(2~1 000目)对制氢过程的影响。试验结果表明:Fe催化剂质量分数增大,能显著提高制氢效果;随着温度的升高,气化率、碳气化率、氢气化率及氢气产量均相应增大;木屑质量分数越低,气化率和氢气化率越高;粒径对气化结果影响不大;在优化后的操作条件下(反应温度500℃、反应压力30 MPa、停留时间30 min、Fe质量分数2%、松木屑质量分数8%、粒径8~16目),H2的摩尔分数、氢气化率、氢气产量分别达到42.1%、98.1%、6.62 mol/kg。该文研究结果可为该技术今后的工业化发展和应用提供参考。     

生物质水热液化产物特性与利用研究进展

近年来,由于水热液化技术可以将高含水率的生物质直接转化为生物原油而极具潜力,引起了人们的广泛关注。该文综述了生物质水热液化研究的最新进展,简述了生物质水热液化的产物分离流程,着重分析了水热液化4种产物(生物原油、水相产物、固体残渣和气体)的产物特性及其利用方式。在4项产物中,生物原油可作为燃料或者从中提炼高附加值产品,水热液化水相可以进行微藻养殖、经厌氧发酵产甲烷或者利用微生物电解池产生氢气等,固体残渣通过进一步处理后可作为生物炭使用,气相产物可作为温室的气体肥料。另外,该文总结了生物质中关键元素在水热液化产物中的分布规律,展望了水热液化技术未来研究方向,以期能为生物质水热液化研究提供参考与借鉴。     

生物质炭对旱作农田土壤持水特性的影响

为确定添加生物质炭对旱作农田土壤持水特性的影响,在隆中黄土高原典型旱作农田区设置相关定位试验,对不同生物质炭输入水平的土壤容重、土壤孔隙度、土壤水分常数及土壤水分特征曲线进行测定。结果表明,生物质炭的添加能够减小土壤容重,增加土壤孔隙度。随着生物质炭输入水平的增加,土壤容重的减小及土壤孔隙度的增加幅度加大。生物质炭达到50t/hm~2时土壤结构变化最为明显,0—5,5—10,10—30cm土层中土壤容重相比对照分别减小7.01%,9.91%,16.60%,土壤毛管孔隙度分别增加19.47%,21.02%,29.94%;并且生物质炭的施入可以增加土壤饱和含水量、土壤田间持水量、土壤有效水分含量。随着生物质炭输入水平的不断加大,各水分常数呈现出上升趋势,但当生物质炭输入水平达到40t/hm~2后涨幅空间开始减小。说明生物质炭的添加能够提高旱作农田的持水性能,但输入水平达到40t/hm~2后,土壤持水性能趋于稳定。     

生物质三组分间交互作用对水热解产物及特性的影响

不同类型的生物质具有不同的纤维组成,且每种组分的水热反应路径存在差异,同时在水热过程中组分间相互作用影响生物质的水热解行为和产物分布,该文基于兼有上、下界约束条件的极端顶点,在高温高压反应釜中对组分(半纤维素,纤维素和木质素)间的相互作用进行了详细的研究,发现3种组分间的相互作用对产物的产率和特性存在明显的影响。根据气体产物结果,可以得出纤维素水解产物能够促进半纤维素水解,生成大量的CO2气体。较高的木质素含量和较低的纤维素和半纤维素含量对轻质油中的酸类和酮类化合物有抑制作用。此外,纤维素和半纤维素与木质素之间的交互作用有利于抑制重质油中酸类化合物的生成,促进酚类化合物。三组分间的交互作用使得水解产物更多的重新发生聚合、缩合等一系列反应生成焦炭,芳香化程度较高。通过组分间的交互作用更好地理解生物质水热机理并通过产物调控制备高品质的液体燃料和固体焦炭。     

熔融盐-镍协同催化生物质热解制取富氢气体

在固定床反应器中研究了(Na_2CO_3-NaOH)熔融盐和镍对生物质三组分纤维素、半纤维素和木质素热解制氢的影响。结果表明,熔融盐中的氢氧化钠能吸收三组分热解产气中CO_2,从而有利于合成气中的CO转化成H2。熔融盐含有的碱金属Na~+和OH~-分别能促进半纤维素与纤维素、木质素的热解,木质素热解产氢量最高可达到1 148 m L/g,H2体积分数达到90.7%。熔融盐-镍协同作用时可以降低三组分产气中CH_4含量,与单独添加熔融盐相比,纤维素、半纤维素和木质素的CH_4产量分别下降35.0%、24.5%和12.0%。在熔融盐-镍的存在下,纤维素、半纤维素和木质素的最高产氢量分别达到910、714和1 106 m L/g,H2体积分数分别为77.6%,77.8%和91.6%。     

生物质制氢的光合细菌连续培养技术实验研究

为了解决规模化光合细菌生物制氢工艺中,生产菌种连续培养的问题,系统地测定了光合细菌混合菌群的生长曲线,根据标准曲线计算出不同初始OD660值的培养液中光合细菌的倍增周期,结合光合细菌连续制氢工艺对生产菌种的基本要求和工程实际,设计了一套培养液部分循环连续培养实验装置,试运行实验结果显示：在初始菌液OD660值为0.273、厌氧、（30±1）℃、1200 Lux连续光照、培养周期38 h的条件下,部分循环连续培养的出口菌液OD660值可控制在0.38～0.74,符合光合制氢对生产菌种的要求。     

生物质炭改良土壤研究进展

综述了生物质炭的生产原料和基本性质,分析了生物质炭对改善土壤理化性质的作用、改善土壤微生物环境的作用、土壤重金属和有机污染的修复作用等原理及应用,并对其在土壤改良中的应用进行了展望。     

水氮耦合对盐碱地柳枝稷生物质产量、品质及水肥利用的影响

在宁夏银北盐碱地区,以'Cave-in-rock'柳枝稷为材料,采用随机区组试验设计,研究了水氮耦合对柳枝稷生物质产量、品质及水肥利用效率的影响,利用模糊相似优先比法分析了不同水氮处理下柳枝稷产量、品质及水肥利用效率的变化特征.结果表明,在盐碱地条件下,充足的灌水和适量的氮肥投入是柳枝稷高产和水肥高效利用的保证.在相同...     

生物质炭土壤改良效应研究进展

生物质炭对全球碳的生物地球化学循环和缓解全球气候变化具有重要的影响,已被认为是大气CO2的重要储库。现有研究表明,施用生物质炭在进行碳固持的同时,还可以通过改善土壤理化性质、提高土壤肥力、修复土壤污染等形式对区域及全球土壤生态系统功能产生影响。本文在文献资料调研的基础上,系统论述了生物质炭的主要性质以及生物质炭用于改良土壤的研究现状,评价了生物质炭化还田技术所具有的突出优势,并提出了今后研究中需要解决的关键问题。     

生物质热解液化生物质油的试验研究

该研究利用闪速热解液化技术将木屑转化为易储存、易运输、易处理、能量密度高的液体产品生物质油,对旋转锥式闪速热解液化系统进行了生物质热解液化生物质油的试验研究,并将生产的生物质油进行了常压精馏和减压精馏试验,用色谱质谱分析仪、核磁共振仪对其部分精馏组分进行了成分分析。     

生物质好氧发酵热生产与回收利用研究进展

好氧发酵是目前有机固体废弃物处理的一种有效手段。人们对于好氧发酵的研究主要集中在高效有机肥的获取上,但发酵过程产生的热能不容忽视。发酵热作为一种“零碳”能源,可代替传统化石能源应用于加温供暖、生物干化等领域,助力实现“碳达峰、碳中和”。为将生物质能高效转化为热能利用,人们对发酵热回收利用进行了研究,但是没有将热生产、热回收和热利用三个阶段进行系统联系,导致热回收工艺效率不高。该文主要阐述了好氧发酵产热原理,并从菌剂、原料理化性质和发酵工艺三个方面对发酵热生产的影响进行了探讨,总结了现有热回收利用系统,最后对生物质好氧发酵热生产与回收利用系统的发展方向进行展望,以期为生物质发酵热能利用提供支持。     

组合酶催化体系产氢气的研究进展

氢是一种燃烧值高无污染的燃料。无细胞组合酶催化体系是以碳水化合物和水为底物,通过13种酶协同催化,生成2种产物：氢气和二氧化碳。该体系理论上1 mol葡萄糖可生成12 mol氢气,是微生物厌氧发酵的3倍。该文介绍了无细胞组合酶催化体系的发展历程、组成酶的特征、酶催化的步骤,最后对该体系优缺点和工业化应用进行了探讨。     

磷酸盐和碳酸盐对秸秆类生物质光发酵产氢的影响

为研究磷酸盐和碳酸盐对光发酵产氢过程的影响,该文主要以酶解预处理后的玉米秸秆为产氢基质,对不同浓度的磷酸盐(K_2HPO_4)和碳酸盐(NaHCO_3 )下的氢气产量、pH值、ORP值和产氢动力学结果进行分析。结果表明,当K_2HPO_4的浓度为10 mmol/L时,氢气产量为(40.65±0.35)m L/g,比对照组显著提高了28.48%,对光发酵产氢的促进效果最好;终pH值为6.37±0.02,显著高于对照组的6.06±0.03,能够有效缓冲反应体系的pH值。不同K_2HPO_4浓度下的产氢动力学特性结果表明,适当的K_2HPO_4浓度提高了最大产氢潜能和最大产氢速率,缩短了产氢延迟时间,当K_2HPO_4的浓度为10 mmol/L时,最大产氢潜能最大,和最大产氢速率较大,产氢延迟时间较短,分别是40.81 m L/g、1.87 m L/(h·g)和2.85 h。当NaHCO_3 浓度为5 mmol/L时,氢气产量为(37.46±1.40)m L/g,比对照组显著提高了18.39%,对光发酵产氢的促进效果最好;终pH值为6.26±0.04,显著高于对照组的6.06±0.03,能够有效缓冲反应体系的pH值。不同NaHCO_3 浓度下的产氢动力学结果表明,适当的NaHCO_3 浓度能够提高最大产氢潜能和最大产氢速率,但却会延迟光合细菌的产氢,当NaHCO_3 浓度为5 mmol/L时,最大产氢潜能和最大产氢速率最大,产氢延迟时间相对较短,分别是37.26 m L/g、1.92 m L/(h·g)和5.11 h。该研究可为秸秆类生物质光发酵生物制氢工艺提供参考。     

茶生物质填充高分子复合材料的研究进展

茶叶在种植、生产、加工及消费环节中会产生大量的茶剩余物,茶生物质呈中空多孔隙结构,富含纤维素、木质素、半纤维素及茶多酚、茶多糖等多种活性成分,在农牧业、医疗健康、食品、环境治理及复合板材领域具有广泛应用前景,尤其是茶生物质/高分子复合材料的研究与应用得到快速和广泛发展。该文首先概述了茶生物质资源特点及其化学组成,然后综述了茶生物质填充不同高分子复合材料的研究进展,并介绍了茶生物质填充高分子复合材料在刨花板、仿木材料、吸声材料、制浆造纸、环境治理及功能食品中的应用研究现状。并指出今后须加强:1)茶生物质中多种组分的综合化、集成化利用研究;2)茶生物质木塑复合材料在阻燃、电学、热学及抗菌除臭等性能研究;3)茶生物质填充高分子复合材料在旅游、养生、装修等领域的应用基础研究;4)茶生物质生化成分变化对茶食品口味、外观及保健功能的影响机制研究。     

生物质焦油模型化合物的催化转化（简报）

生物质热解焦油对气化装置及气体运输装置都有极大危害,该文以脂肪烃类化合物正庚烷与环己烷作为焦油的模型化合物,在微型固定床反应器上采用商用Z417镍基催化剂研究了温度、S/C（水蒸气与焦油模型化合物中碳的摩尔比）和试验停留时间对正庚烷与环己烷催化转化率的影响。结果表明,在600～800℃范围内正庚烷与环己烷的转化率随温度的升高而提高,750℃时正庚烷转化率可达到95%,环己烷转化率达到88.7%左右。水蒸气量对于正庚烷和环己烷的转化率有一定的影响,并且可以促进气体产物成分调整与缓解催化剂表面积碳;延长停留时间增加了反应物与催化剂的接触时间,因此正庚烷和环己烷的转化率随停留时间增加而升高。试验结果表明,在水蒸气参与反应条件下,Z417镍基催化剂对生物质焦油模型化合物正庚烷与环己烷的催化效果良好。     

基于热解-重整-燃烧解耦三床气化系统的生物质催化制富氢气体

生物质催化气化是将生物质转换成富氢气体的有效途径。该研究提出了一种由热解反应器、重整反应器和提升管燃烧器三部分构成的解耦三床生物质气化(decoupled triple bed gasification,DTBG)工艺。在实验室规模的DTBG气化反应装置上,以水蒸气为气化剂,以橄榄石为原位焦油裂解催化床料,进行了生物质水蒸气催化气化试验,考察了生物质种类、重整器温度、生物质进料速率对气化效果的影响规律,并且对气化副产物焦油的特性进行了分析。试验结果表明,生物质原料的挥发分对气化产物分布的影响很大,原料挥发分含量越高,气体产率越高,碳转化率越高,气体中的H2和CO体积分数越大、CO2体积分数越低。当重整器温度由750升高到850℃时,气体产率从0.91增加到1.08 m3/kg,焦油质量浓度从19.1降低到7.3 g/m3,同时气体品质大幅度提升。随着生物质进料速率的增加,产气中H2体积分数大幅度增加,CO2体积分数大幅度降低,但是焦油质量浓度基本不变。当重整器温度为800℃,白松木屑进料速率为220 g/h时,H2和CO体积分数分别达到了42.2%和14.6%,产气中焦油质量浓度为10.1 g/m3。气化焦油的主要成分为多环芳烃,其中萘含量最高。当重整器温度从700℃升高到850℃时,焦油中单环化合物几乎全部分解,3~4环多环芳烃化合物逐步降低,萘的相对含量从54.7%升高到75.6%。该研究结果可为大规模气化装置的设计、运行以及优化提供理论指导。     

秸秆厌氧发酵改性制备成型燃料试验

针对秸秆压缩成型存在设备磨损严重和厌氧发酵面临的抗生物降解屏障,提出了一种秸秆厌氧发酵改性制备成型燃料的思路并进行了试验研究。以玉米秸秆为原料,在总固体质量分数12%和中温38℃下对原料分别进行为期10和20 d的厌氧发酵,发酵后的沼渣经粉碎和干燥后于100℃、6 MPa条件下压缩成直径10 mm的颗粒燃料。试验结果表明：经过10和20 d的发酵,玉米秸秆所含能量仅有14.49%和32.01%转移到沼气中;沼渣弹筒发热量分别达到18.01和18.05 MJ/kg,高于原料的17.02 MJ/kg;沼渣挥发物质质量分数为74.08%和72.63%,比原料的81.02%分别下降了8.6%和10.4%;沼渣木质素质量分数为16.98%和17.92%,比原料的13.65%分别增加了24.4%和31.3%;沼渣苯醇抽提物质量分数为5.66%和4.86%,比原料的7.52%分别降低了24.7%和35.4%。成型试验结果表明：沼渣制成的成型燃料松弛密度分别为1.041 g/cm3和1.150 g/cm3,比未发酵秸秆的1.019 g/cm3分别提高了2.2%和12.86%。厌氧发酵改性有助于提高秸秆成型性能、制粒达到相同松弛密度所需的压力较小,有助于降低成型过程设备磨损,且基于上述思路形成的气固二元燃料生产工艺,使秸秆的转化利用不再受制于抗降解屏障,值得深入研究。