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。     

木材干燥过程的热质迁移及其耦合关系

应用不可逆过程热力学研究木材干燥过程热质迁移及其耦合效应。根据不可逆过程的熵的产生率推导出含有耦合效应的传热传质关系式 ,提出湿度梯度不仅引起水分物质流 ,也引起热流 ,以及驱动水分物质流的力应是扩散势梯度。     

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。     

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。     

热磨机防反喷的理论研究

依据力学理论,推导出热磨机无反喷时料塞管长度的理论计算公式。     

梁山慈竹材质生成过程中的物理力学性质研究

研究了梁山慈竹在材质生成过程中的物理力学性质的变化情况及其基本密度与力学性质相关性。结果表明:梁山慈竹基本密度、气干密度与绝干密度随竹龄的变化趋势一致,从2～5年生先减小后增大,3年生密度最小。3种密度皆随竹秆高度的增加而增大。方差分析表明,竹龄与竹秆部位对梁山慈竹的3种密度均有极显著影响。主要力学性能随竹龄变化各不相同,表现为顺纹抗压强度和MOE随竹龄增加先增大后减小,4年生时达最大;顺纹抗拉强度随竹龄增加有减小趋势;MOR和顺纹抗剪强度随竹龄增加变化较小;冲击韧性随竹龄增加呈增大趋势。除冲击韧性外,梁山慈竹主要力学性能随竹秆高度的增加而增大。方差分析表明,除MOE外,竹龄对力学强度的影响不显著,竹秆部位对抗压强度、MOR、MOE、冲击韧性的影响表现差异显著。抗压强度和MOR与基本密度的相关性较好,其它力学性质与密度相关性较差。     

杨木水热预处理过程中水解反应动力学研究

探讨了预处理温度和预处理时间对杨木水热预处理液中各组分含量的影响,同时采用改良的Saeman双相动力学模型建立了预处理液中木糖和葡萄糖的反应动力学方程,通过非线性拟合确定了不同条件下木糖和葡萄糖生成及分解的反应速率常数,由阿伦尼乌斯公式线性拟合得出木质纤维原料水解反应活化能.杨木预处理过程中木聚糖易降解部分活化能(Ef...     

轮圈式链轮设计理论的研究

本文提出链锯链轮与锯链正确啮合条件的新理论。对于小节距型号的链锯锯链确定了不同的几何参数作为原始数据 ,并在正确啮合条件下建立了一套适用于不同形式小节距锯链的轮圈式链轮设计理论公式。     

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。     

热分析法研究磷酸活化法的热解过程

采用差热天平，对木材和主要分离组分及其添加磷酸混合物的差热曲线和热重曲线进行解析。展示了磷酸法制取活性炭的炭活化过程的热化学变化动态，从热分析上探讨其热解历程。     

基于生命周期理论的国有林场经营过程研究

国有林场在本质上是一个能力体系,以熵理论为基础,分析国有林场能力体系的组成因子,依据国有林场能力体系的状况建立国有林场生命周期模型,并进一步分析国有林场生命周期各阶段的特征。     

酚类阻燃剂处理杉木热解过程的热动力学研究

抗流失阻燃剂是当前阻燃剂研究开发的一个重要方向。采用TG DTA热分析技术研究了酚类阻燃剂处理杉木热解过程各阶段的木炭产量和热动力学参数。结果表明 ,酚类阻燃剂阻燃处理杉木的产炭量因苯环上取代基不同而不同 ,其阻燃作用的大小顺序为 :氨基 >溴 >硝基。同时具有氮元素和溴元素的二溴硝基苯酚和二溴氨基苯酚的产炭量都大于相应的单取代苯酚衍生物。浸泡实验后 ,磷酸氢二铵的产炭损失率是二溴硝基苯酚的 5倍。阻燃处理后产炭量的增大总是对应于炭化阶段热解反应峰温降低、反应速率常数增大 ,但产炭量的增大程度与这些热动力学参数的改变是负相关的。因此 ,氮和溴的苯酚衍生物不仅对木材具有很强的阻燃作用 ,而且具有很强的抗浸泡能力 ,氮元素的阻燃作用与其在阻燃剂中的氧化态关系极大 ,氮和溴在木材阻燃中存在协同增效作用 ,阻燃处理对木材的吸湿性也有影响。     

旋切过程中单板厚度变化的理论研究

从理论上探讨了旋切过程中单板厚度的变化规律。结果表明：单板厚度总是小于或等于单板名义厚度，其变化与装刀高度，名义厚度及木段瞬时半径有关。     

转锥式热裂解反应器的立式螺旋喂料器研究设计

研究并设计了一种新型的垂直向下式螺旋喂料器.该喂料器具有横截面小、结构紧凑且输送效率高的优点,并能在一定压力下进行输送,物料不反喷.     

基于量子化学的木质素热裂解中环类化合物形成的理论及实验研究

利用傅里叶变换红外光谱仪分析木质素微观结构,应用裂解气相色谱-质谱联用技术(Py-GC/MS)进行木质素的热裂解产物分析。研究结果表明:300和400℃时没有检测到多环芳烃等复杂结构,可见在该温度下,裂解产物并未发生二次缩合作用;在800℃下,苯和甲苯的GC含量增加,苯酚基本保持不变,并开始出现多环芳烃化合物。以密度泛函理论B3LYP/6-31G(d,p)为基础对木质素的裂解反应过程进行了分子动力学模拟研究,对比分析实验数据和模拟数据,推断出木质素热裂解中环类化合物的形成演化机理:300~400℃主要发生CC键的断裂和羟基脱落(路径R5-1)以及C1—Cα键的断裂(路径R5-2);400~800℃发生的C1—Cα键断裂反应(路径R4-1),苯环上甲氧基官能团脱去反应(路径R4-4)和苯环上甲氧基均裂(路径R5-3);与苯环上甲氧基官能团均裂反应(路径R4-3)相比,苯环C1—Cα断裂反应(路径R4-2)发生的可能性更大;路径2、路径3和路径5的产物量均在800℃左右达到最大,其产物分别为联苯、菲以及芘。     

磷酸催化β-D-吡喃葡萄糖热解脱水反应的密度泛函理论研究

为揭示磷酸催化纤维素热解时可以显著促进脱水反应发生的催化机理,以β-D-吡喃葡萄糖为纤维素模型化合物,利用密度泛函理论方法研究了磷酸对其热解脱水反应的作用机理。结果表明:催化热解过程中β-D-吡喃葡萄糖和磷酸通过氢键作用形成多个可能的反应复合物,氢键能够稳定反应复合物结构,不同反应复合物引发β-D-吡喃葡萄糖不同位点的1,2-脱水反应和1,3-脱水反应。与非催化相比,磷酸催化作用下β-D-吡喃葡萄糖的脱水反应活化能显著降低,其中8个位点的1,2-脱水反应活化能降低了79~129 k J/mol,2个位点的1,3-脱水反应活化能降低了28~60 k J/mol。β-D-吡喃葡萄糖发生1,2-脱水反应的活化能更低,比1,3-脱水反应更容易发生,且以4-OH+3-H、1-OH+2-H、3-OH+2-H和3-OH+4-H这4个位点的1,2-脱水反应为主。     

生物质热裂解反应器对镍/木炭催化剂重复使用过程中积炭的影响研究

为了研究生物质热解气化过程中,反应器类型对镍基催化剂的积炭和使用寿命的影响,以杉木屑为原料,研究了Ni/木炭催化剂分别在二段式和三段式热裂解反应器内重复使用次数对杉木屑热裂解产物及其催化剂质量的影响规律。结果表明:在杉木屑热裂解过程中,Ni/木炭催化剂上会同时发生炭的沉积和炭的氧化消耗2个过程,其质量的变化受这2个过程共同的影响,且镍基活性中心上的积炭比载体木炭更难以被氧化消耗。沉积在Ni/木炭催化剂上的炭主要是以纳米碳纤维的形式存在,且纳米碳纤维覆盖在金属镍上。在二段式反应器中,催化剂的质量是先减少,然后增加,再减少;而在三段式中,则是不断减少。采用三段式生物质热裂解反应器不仅可以显著延长Ni/木炭催化剂的使用寿命,而且可以充分利用热解气化过程所产生的副产物固体炭,从而降低生物质热解气化的催化剂使用成本。