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。     

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...     

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.     

Coats-Redfern积分法研究生物质与煤单独热解和共热解动力学特性

采用Coats-Redfern积分法对生物质与煤单独热解和共热解过程进行动力学特性分析,考察了升温速率与反应级数在生物质与煤单独热解和共热解过程中对活化能的影响。结果表明,原料失重率在5%~80%的温度区间内,反应级数越高,反应温度越低,升温速率对热解积分曲线的影响越大,且随着升温速率的增加,热解积分曲线逐渐向高温区平移;在相同的温度段内选择不同的反应级数时,生物质热解积分曲线都可以呈现较好的线性关系,尤其是稻壳,选用的反应级数对拟合的结果影响不大;煤单独热解及煤与生物质共热解过程中,反应级数对拟合的结果影响比较明显,在较高反应级数时数据拟合程度都比较高,在较低反应级数时,拟合结果偏离直线形式,而且随着煤化程度的增加,拟合结果偏离直线形式越严重;生物质与煤共热解的拟合程度介于生物质与煤单独热解之间。通过分析动力学参数,发现生物质与煤在较低温度下协同反应效应较为明显,促进了共热解反应的进程。     

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。     

超临界水中蔗渣的液化反应及其产物的结构表征

以Na2CO3、K2CO3、NaOH为催化剂,在375~400℃的超临界水中进行蔗渣的液化反应。考察了液固比、反应时间、反应温度和催化剂对蔗渣液化的影响。在380℃、液固比18∶1(质量比)、反应时间20 min条件下,NaOH或Na2CO3催化剂用量为1%时,液化残渣率降到10%以下,而在同样条件下,KCO催化剂用量为3%时,液化反应的残渣率降到7%以下。对液化产物进行了表征。GC-MS分析表明,液体产物的主要组成是含环状结构的酮和一些含甲基、羟甲基等官能团的苯酚类化合物,气体产物主要为C1~C4烷烃和CO、CO2、H2等无机气体,且其组成因液化温度而变化。液化残渣经过FT-IR分析和扫描电镜分析,发现其主要由焦炭以及尚未完全分解的木质素组成。     

MCM-41分子筛在线提质生物油工艺优化及耐久性分析

采用MCM-41分子筛作为催化剂,在线催化提质生物质真空热解蒸气,考察催化温度、催化床层高度和体系压力对有机相产物产率的影响,采用响应面法优化工艺参数;对油菜秸秆生物油有机相进行理化特性和成分分析,并对催化剂进行耐久性分析。结果表明:精制生物油有机相产率随催化温度和催化床层高度呈先增大后减小趋势,随体系压力增大而减小;当催化温度为502℃、催化床层高度为2.7 cm、体系压力为7 k Pa时,有机相产率为15.84%,精制生物油有机相热值达31.08 MJ/kg;经催化提质后,生物油有机相中脂肪烃类和醇类物质含量明显增加,同时芳香类和羰基类物质含量降低。在对MCM-41使用耐久性的研究中发现,当MCM-41使用约100 min后,生物油理化特性指数急剧下降,表明生物油品质变差;同时,催化剂失重率明显升高,表明催化剂上沉积的焦炭逐渐增多,催化活性降低,直至完全失活。     

CaO对木屑水蒸气气化制取富氢燃气的影响

以木屑为生物质原料,水蒸气为气化介质,CaO为催化剂,在固定床气化炉中进行生物质催化气化制取富氢燃气,考察了CaO与木屑中碳元素的物质的量比(n(Ca)/n(C))、气化温度和水蒸气流量对生物质水蒸气气化特性的影响。结果表明,当n(Ca)/n(C)由0增加至1.0时,H_2体积分数由45.58%增至58.62%,产气率由1.04 m~3/kg增至1.38 m~3/kg,当n(Ca)/n(C)继续增至1.5时,两者均有增加,但是变化不明显;气化温度从700℃增至750℃时,产气中H_2体积分数由51.78%增至58.62%,CO_2由19.89%降至12.60%,继续升高温度,H_2体积分数逐渐降低,燃气热值也降低;水蒸气流量由0.1 g/(min·g)增至0.34 g/(min·g)时,H_2的体积分数由58.62%增至62.55%,水蒸气流量继续增大时,H_2的体积分数和产氢率降低,燃气热值也降低。通过实验选择的最佳气化条件为以CaO为催化剂,n(Ca)/n(C)为1,气化温度750℃,水蒸气流量为0.34 g/(min·g),此时,制取的富氢燃气中H_2体积分数达到最大为62.55%,产氢率为85.08 g/kg,燃气热值为11.41 MJ/m~3。     

松木屑/低密度聚乙烯微波辅助共热解行为研究(英文)

通过TG和DSC对松木屑/低密度聚乙烯(LDPE)混合物的热解行为进行了研究,并利用微波辅助加热方式对不同质量比松木屑/LDPE混合物的热解产物进行了分析。实验表明,松木屑和LDPE可在270～480℃温度区间共热解,且共热解行为以375℃为界可分为两个阶段;松木屑/LDPE质量比在10∶2以下时具有较明显的共热解行为。气-质联用(GC-MS)分析表明,提高微波功率或增加LDPE加入量均会降低共热解液相产物的产率,其产物中愈创木酚类产物的产率降幅明显;生成大量的1-羟基-2-丙酮和乙酸,约占液相产物分率50%以上。大功率微波辅助加热会增加不凝气体,且LDPE加入量的增加会促进CO、CO2的产生。     

生物质流态化气化技术研究

论述了在锥形流态化气化炉内，对生物质原料进行气化和催化气化的工程化应用试验研究。研究结果表明：麦草原料气化所产生的煤气热值比稻草和稻壳都高，木屑气化所产生煤气热值最高，非催化气化条件下，流化床气化产生的煤气热值比下吸式气化炉产生的煤气热值提高40％左右；催化气化试验发现，CaO能明显提高煤气热值、降低C0组分，Na2CO3催化气化能提高气体H2的含量。但是对气化产生的气体热值，流态化空气气化中，在710℃以下低温时，无明显的影响，当温度达到800℃时，添加催化剂能明显提高气体的热值。     

金属离子催化生物质热裂解规律及其对产物的影响

在红外辐射热裂解实验装置上研究了K^ 和Ca^2 催化纤维素热裂解规律及其对热裂解产物分布的影响。结果表明,中温条件下两种金属离子的催化作用主要都发生在固相中．仅有极少量进入液态或者气态产物空间,该特性为制取环保液体燃料提供了保证条件。从总体上讲,两种金属离子对热裂解过程的催化作用比较相似,在促进焦炭和气体产物生成的同时阻碍了生物油的产生。但是,经由催化脱水过程,生物油有机成分氧含量降低,品质得到了部分提高。分析其催化机理,K^ 有利于裂变和歧化反应,促进乙醇醛、乙醛以及低相对分子质量醇基、醛基、酮基化合物的生成;Ca^2 则强烈地影响单糖碎片的重整和异构化过程,促进呋喃类和杂环衍生物的生成。这一催化选择性为热裂解采用合适的条件和工艺,有目的地选取特定金属盐来优化产物的生成提供了基础。     

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。     

Pyrolysis and combustion toxicity of wood treated with CCA

Summary The study was carried out in order to determine the effects of CCA on the pyrolysis and the combustion toxicity of wood. The results from CCA treated wood are summarized as follows: 1. CCA accelerated the beginning of pyrolysis of wood, increased the activation energies for the weight loss by pyrolysis, and increased the char yields in both air and helium. 2. Almost all the original amounts of cromium and copper were retained in the ash while some of the arsenic evolved into the gas phase, which increased with increasing temperature and air supply. 3. The combustion toxicity of wood samples was affected more by the sample density and CO concentration than CCA. It is concluded that for minimizing gaseous toxicants from arsenic, CCA treated wood must be burned at low temperatures with a reduced air supply.     

基于TG-FTIR和Py-GC-MS分析的椰壳热解特性研究

采用热重-红外光谱(TG-FTIR)和裂解-气相色谱-质谱联用(Py-GC-MS)技术对椰壳粉的热失重、热裂解行为及其裂解产物进行了研究。在对N2和空气气氛下椰壳的TG和DTG曲线进行分析的基础上,采用三维红外光谱对热解过程中气体产物进行在线检测,结果表明:N2气氛下,椰壳的最大失重峰温度(Tm)为347.8℃,固体残余量为32.0%,主要的气体产物是CO2;而空气气氛下椰壳的热解更完全,固体残余量仅为6.5%,且最大热失重温度为282.1℃,释放的气体除了CO2,还有CO、H2O和CH4等。Py-GC-MS分析结果表明:酚类化合物是主要的裂解产物,当温度为400℃时共检测到39种裂解产物,其中酚类化合物12种(GC含量40.0%);当温度为700℃时共检测到56种裂解产物,其中酚类化合物18种(GC含量45.8%)。     

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。     

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。     

利用不同工艺催化大豆油裂解制备可再生燃料油

以大豆油为原料,考察了间歇式反应工艺,旋转锥式反应工艺和精馏反应工艺3种裂解工艺对裂解产物性能的影响,并探讨了多种催化剂的催化裂解效果。结果表明,优选反应条件为:催化剂质量分数5%精馏温度320～350℃,裂解温度460～480℃,滴加速度35 g/h。在碱性催化剂Na2CO3的参与下,利用精馏反应工艺裂解大豆油产物的分子组成得到优化。通过红外光谱、气质联用和凝胶色谱对裂解产物的分析表明,产物具有较低的平均相对分子质量,主要成分为C24以下的烷烃、烯烃、醛、羧酸等。从化学组成及燃料性能来看,裂解产物的性质与石化柴油相近。