新型喷动循环流化床落叶松木材快速热解实验研究

笔者对新型喷动循环流化床落叶松木材快速热解过程中反应温度和物料粒径对快速热解产物产率的影响进行了研究.结果表明:快速热解反应温度500-600℃时生物油产率有最大值,新型喷动循环流化床适宜的物料粒径范围为0.2～1.2mm.     

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.     

落叶松树皮喷动循环流化床快速热解的影响因素

对喷动循环流化床落叶松树皮快速热解过程中反应温度、物料粒径、进料速率及气体流量对热解产物产率的影响以及这4个因素共同作用对生物油产率的影响进行研究.结果表明:反应温度是影响热解产物产率的主要因素,气体流量影响较显著,在试验范围内物料粒径、进料速率影响不显著;喷动循环流化床最佳制备液体产物--生物油快速热解工艺条件为:反应温度550℃,物料粒径0.2～0.3 mm,进料速率20 r·min-1,气体流量25m3·h-1.     

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。     

流化床式生物质快速热解生产线热质衡算北大核心

生物质快速热解技术被国际上公认为最具发展潜力的生物质能源转换技术之一。笔者在北京林业大学平泉实验基地中试生产线试验数据的基础上,进行了年处理1万t流化床式生物质快速热解生产线的热质衡算,研究热解生产线各个工序的物料变化及能量流动情况,获得生物质原料与生物油、热解炭等产品之间的转化关系,定量反映出热解工艺中反应、冷凝等关键过程的能量变化,为确定热解工艺条件及热负荷、生产线关键设备设计及选型提供依据。     

流化床式生物质快速热解生产线热质衡算

生物质快速热解技术被国际上公认为最具发展潜力的生物质能源转换技术之一。笔者在北京林业大学平泉实验基地中试生产线试验数据的基础上,进行了年处理1万t流化床式生物质快速热解生产线的热质衡算,研究热解生产线各个工序的物料变化及能量流动情况,获得生物质原料与生物油、热解炭等产品之间的转化关系,定量反映出热解工艺中反应、冷凝等关键过程的能量变化,为确定热解工艺条件及热负荷、生产线关键设备设计及选型提供依据。     

生物质快速裂解液化工艺流程及输送系统选用

阐述了现有的生物质热裂解反应原理,并在生物质热解液化过程工艺的基础上对生物质热解液化装置输送系统的选用和设计做简要介绍,以解决生物燃油制备过程中物料的输送问题,为该项技术能够推广和实际应用奠定了基础.     

生物质热解液化装置结焦成因及除结焦研究

针对生物质快速热解液化装置管内结焦堵塞、气体无法迅速冷凝的问题,在对物料粒径大小及其密度分布,一级旋风分离后生物质炭的粒径密度、直径等性质的测量,以及结焦物中生物质炭质量分数、颗粒粒径等进行实验分析的基础上,在系统中增设了二级旋风分离器,对生物质热解产物进行二次气固分离,有效降低了系统中生物质热解气的含尘量,大大改善了管道结焦堵塞状况.     

生物质与塑料共热解协同作用研究

利用固定床反应器研究了木屑与低密度聚乙烯(LDPE)共热解时的热解行为,并以木屑、LDPE单独热解为对照,考察了热解温度对共热解行为的影响,结果表明:木屑与LDPE共热解可以提高液体产率,当热解温度为600℃时液体产率达到最大值56.84%,比理论值高6.44个百分点。通过GC-MS对生物质与LDPE共热解液体产物组成进行了分析,发现共热解产生的生物油组分主要为脂肪烃、醇类及酚类,共热解过程中还生成了某些特定组分,如十一醇、庚烯醛等含氧长链化合物,这是生物质与LDPE共热解时自由基相互作用的产物。通过热重-红外联用实验研究了木屑与LDPE共热解的协同作用,结果发现:共热解时最大反应速率温度为490℃,相比LDPE单独热解时的512℃降低22℃;木质素裂解过程中产生的羟基自由基会与LDPE裂解产生的小分子产物结合形成十一醇、辛基苯酚等物质,而纤维素热解过程中生成的呋喃类、醛类会与LDPE裂解产生的CnHm分子结合形成2-丁基四氢呋喃、庚烯醛、十二醛等物质。     

制浆黑液固形物与工业木质素热解液化产物分析

采用管式炉研究了纯化后的工业碱木质素和制浆黑液固形物在不同温度下的热解产物分布规律.借助热解-色谱-质谱(Py-GC-MS)联用、元素分析仪、ICP等离子发射光谱等分析了热解液相产物(热解油)和固体残余物的主要组成.研究表明,在600℃下热解,纯化后的工业碱木质素和黑液固形物热解油产率最高,且工业木质素热解油产率明显高于黑液固形物.热解油的产物非常复杂,纯化后的工业碱木质素和黑液固形物的热解油化学组成有较大的差异.纯化后的工业碱木质素热解油主要由各种低相对分子质量(Mr)的酚类、酮类、有机酸等物质组成,这些物质的相对含量明显高于黑液固形物热解产物中的含量,其中不含有黑液固形物的热解产物中相对含量较高的左旋葡萄糖,却出现了可能因热解缩合而形成的联苯结构.说明在黑液固形物热解液化前,对试样进行适当前处理,可在很大程度上调控其热解产物的组成.     

竹废料微波裂解的单因素实验研究

以微波裂解竹废料制备了一系列的生物油和竹炭,系统研究了竹废料裂解过程中的工艺参数包括原料含水率、原料粒径,微波输入功率和裂解温度,焦炭(催化剂)用量对裂解产物组成的影响。结果表明,当裂解功率为700 W,温度为550℃,焦炭用量为4%,并严格控制原料含水率在5%~8%时,生物油的得率最高,其值为44.91%,而竹炭及不可凝气体得率分别为23.21%和31.88%。竹废料微波裂解得到的生物油的成分复杂,应用前景相当广泛;竹炭也有一定的吸湿、吸附性能。因此,竹废料的微波裂解具有巨大的开发利用潜力。     

木聚糖CP-GC-MS法裂解行为研究

采用居里点裂解仪-气相色谱仪-质谱仪(CP-GC-MS)联用分析技术,以木聚糖作为半纤维素的模化物,研究了居裂解温度对木聚糖快速裂解产物组成及其含量的影响,并与纤维素居裂解行为进行了对比。结果表明,木聚糖居裂解过程可以分为两个区域:居裂解温度小于300℃时,木聚糖发生了剧烈的糖基断裂,生成了糠醛和糖类单体化合物,其中糠醛含量在280℃时达到了54.38%;居裂解温度大于300℃时,糠醛和糖类单体化合物等含量下降,小分子的醛酮类化合物种类和含量大幅度提高;纤维素与木聚糖居裂解行为存在明显差异,木聚糖居裂解温度明显低于纤维素;木聚糖裂解的主体产物是糠醛,而纤维素裂解的主体产物是葡聚糖。     

不同收集温度的竹醋液组分及形成过程分析

用4年生毛竹为原材料,经过炭化炉热解后制得竹醋液。测定了不同温度收集的竹醋液的密度、pH值、有机酸含量等基本理化性能,用气相色谱/质谱联用仪进行组分分析,用等离子体原子发射光谱仪测定微量元素含量。结果表明,竹醋液是一种由有机酸、酚类、醛类、酮类、醇类和酯类等组成成分相当复杂的有机混合物。不同收集温度的竹醋液理化性能、化学组分及微量元素含量有差异。因此,在实际生产应用中要根据不同用途进行合理选择。     

纤维素CP-GC-MS法裂解行为研究

采用居里点裂解仪-气相色谱仪-质谱仪(CP-GC-MS)联用分析技术,研究了居裂解温度、时间对纤维素快速裂解产物组成及其含量的影响。结果表明,纤维素在居裂解过程中左旋葡聚糖始终是裂解的主体产物;纤维素在300~370℃居裂解主要生成糖类单体化学品;随着居裂解温度的进一步提高,纤维素解聚形成的单体裂解成为其他小分子的醛酮类化合物种类和含量大幅度提高;居裂解时间的增加对CP-GC-MS谱图的色谱峰没有影响,只是居裂解反应的中间体左旋葡聚糖含量降低,其它产物含量保持不变或有所提高;在居裂解温度358℃、居裂解时间1 s时,左旋葡聚糖含量高达73.07%。     

城市废弃木质材料热裂解炼制能源化利用研究进展

随着国民经济发展与城市化进程加快,包括废弃木质建材及包装材料、废弃木制家具、园林绿化废弃物等在内的城市废弃木质材料不断增多,但能源化利用相对不足,给城市发展造成负担。为促进城市废弃木质材料高效能源化利用,文中分析了城市废弃木质材料资源的特点,重点综述城市废弃木质材料热裂解炼制技术研究进展,展望城市废弃木质材料热裂解炼制研究领域的发展趋势。     

纤维素热裂解左旋葡聚糖生成过程模拟研究

为优化生物质热裂解产物中左旋葡聚糖(LG)产率,在改进的B-S机理模型的基础上,以纤维素热裂解为研究对象,对其热裂解过程中活性纤维素(AC)、LG以及乙醇醛(HAA)的演变和生成情况进行了模拟。结果发现纤维素热裂解过程中,由于一次反应吸热需求得不到满足,导致物料温度长时间内处于中温状态,恰好形成了生物质热裂解制取生物油保持中温的必要条件。作为纤维素热裂解最主要的产物,LG在物料内部并未发生强烈的二次裂解,HAA则几乎完全来源于AC的分解,物料内部LG和其他竞争产物浓度(质量浓度,下同)的区别主要取决于其竞争能力的大小,HAA浓度积累速度在反应后期的提高正是其竞争消耗AC优势的体现。挥发分二次反应主要发生在气相空间,随着气相停留时间和辐射源温度的增加,LG二次分解的程度提高。因此为获取高产率LG,中等辐射源温度和短气相停留时间是必要条件,仅以生物油产率为目的时,气相停留时间可适当放宽。     

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%)。     

Pyrolysis of medium density fiberboard impregnated with phenol-formaldehyde resin

Woodceramics (WCS) are new porous carbon materials that have been shown to possess many excellent properties, but the chemical mechanism during pyrolysis has not been reported yet. In order to investigate this process, pyrolysis of medium density fiberboard (MDF) was analyzed by thermogravimetry coupled with Fourier transform infrared spectroscopy (TG-FTIR) in this study. The results showed that the pyrolysis consisted of three stages up to 700°C. The first stage of the pyrolysis occurred below 240.0°C and was mainly due to moisture evaporation. The second stage between 240.0° and 390.2°C accompanied the main mass loss. The maximum pyrolysis speed (mass loss) was about 3.79% per minute at 313.2°C. This was believed to coincide with the cleavage of ether bridges between the wood material and phenol-formaldehyde (PF) resin, and pyrolysis of carbohydrate. At higher temperature, the pyrolysis of PF resin and lignin was the main reason for the mass loss in the third stage. The microcosmic environments of both the MDF and PF resin in the MDF treated with PF resin were different from the untreated MDF and PF resin, so that the temperatures at which their pyrolysis occurred and the quantities of evolved gases were different. During the process of WCS preparation, the rate of temperature increase should be very slow before it reaches 700°C, especially at around 313.2°C, at which point violent pyrolysis occurs. Such temperature control should allow uniform sintering of the sample and should reduce flaws in the product.     

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。