玉米秸秆热裂解产物产率预测分析

以影响热裂解液化过程的因素(输入功率、压差、氩气流量和进料率)为网络输入,热裂解液化产物为网络输出,应用BP神经网络模型法对玉米秸秆热裂解液化产物产率进行了预测分析,并将预测结果与非线性回归分析法进行了比较分析.结果表明,采用BP神经网络模型预测输出值与试验值间的相对误差总体上在5％之内,说明模拟预测的效果较好.对BP神经网络模型法与非线性回归方法的预测结果对比分析显示:在试验数据范围内,BP神经网络模型对玉米秸秆热裂解3种产物产率的预测值更接近试验值,计算精度比非线性回归方法略高.     

玉米秸秆水热预处理作用机理和厌氧消化特性研究

为了探究玉米秸秆水热预处理作用机理和厌氧消化特性,文章利用不同的水热预处理强度对玉米秸秆进行预处理,然后进行中温厌氧消化。研究结果显示:一定强度的预处理能够增大玉米秸秆的产甲烷性能。logR₀为2.45时,玉米秸秆获得了最高VS产甲烷率,为158.07 mL·g^-1VS,比未预处理组的VS产甲烷率112.82 mL·g^-1VS提高了40.12%。从机理方面分析发现,水热预处理能够增大玉米秸秆的水解程度,使玉米秸秆预处理后的乙酸浓度得到明显提高,是未预处理组乙酸浓度的3.38～22.87倍;改善玉米秸秆的元素组成,破坏其表层结构同时改变其木质纤维素组分含量。     

移动式玉米秸秆热解炭化原位还田设备研究

针对目前秸秆炭化还田主要以异位为主,移动式热解设备结构复杂,难以实现秸秆田间炭化还田等问题,基于秸秆内热式低氧炭化原理,建立自供热反应系统,研制热解炭化反应器和热解气清洁燃烧室等关键部件,集成秸秆捡拾收集、粉碎输送、烟气回用烘焙、生物炭原位还田技术,研发移动式热解炭化原位还田设备。样机试制后,进行了静态调试试验,结果表明：该设备原料处理量为50 kg/h,炭得率为21%,系统能量利用率74.6%;排放烟气中NO_x质量浓度为184 mg/m³,SO₂质量浓度为26 mg/m³,颗粒物质量浓度为17.8 mg/m³,达到烟气排放要求;生物炭中总碳、固定碳及金属元素含量符合DB21/T 3314—2020《生物炭直接还田技术规程》中的Ⅰ级生物炭要求。该设备能够实现低碳排放、炭化能源自给、田间作业等功能,为秸秆还田提供支撑平台。     

秸秆气化焦油蒸馏产物热重分析试验研究

秸秆气化焦油是一种重要生物质能,但不能直接作为液体燃料使用。因为它挥发性差、氧含量和粘度高、较难与传统燃料混合[1-2]。为此,研究了秸秆气化焦油150℃~205℃蒸馏产物的热重试验。结果表明,其近似于柴油的热重特性,具有替代柴油的可能性,有利于发展秸秆废弃物资源化利用技术。     

热喷玉米秸秆饲料技术的开发应用

通过对当前几种秸杆处理方法的介绍，论证了开发热喷秸秆饲料技术项目的迫切性和可行性及其具有的重大现实意义。     

热喷玉米秸秆饲料技术的开发应用

通过对当前几种秸秆处理方法的介绍,论证了开发热喷秸秆饲料技术项目的迫切性和可行性及其具有的重大现实意义。     

葡萄糖水溶液环境对麦秆水热产物特性的影响

为了研究葡萄糖对水热炭化反应过程和水热焦形成的影响,以麦秆为原料,利用高温高压反应釜,对麦秆在葡萄糖水溶液环境中的炭化反应过程和水热焦理化结构演变及液相产物主要组分浓度分布的变化进行了分析。研究发现,在反应温度220℃,停留时间120 min条件下,随着葡萄糖添加量的增加,水热焦产率和碳质量分数有所增加,而氢和氧质量分数未发生明显改变,当葡萄糖添加量为麦秆质量的0.4倍时,水热焦产率达68.56%;葡萄糖分子阻碍了麦秆中主要化学组分的分解与炭化反应,使得水热焦炭聚合物的红外吸收特征峰减弱,同时XRD衍射峰强度降低,热稳定性下降,如选择水热炭化过程水循环利用,可进行可溶性糖分离;在麦秆与葡萄糖共同水热炭化过程中,葡萄糖以分解反应为主,同未添加葡萄糖的麦秆水热炭化液相产物相比,糠醛、5-HMF和乙酸的质量浓度均有所增加,其中5-HMF增加最为显著,至葡萄糖添加量为4 g时,达20.21 g/L。     

玉米秸秆等离子体热裂解液化实

采用山东理工大学自制小型流化床设备,利用玉米秸秆为原料进行了热裂解过程及生物油特性的实验研究.结果表明采用等离子体加热,整个反应器的预热时间大约为1.5 h,且反应过程中流化床内温度稳定,有利于生物质快速热裂解反应的进行.对反应产物--生物油热值特性作了分析,得出未经任何处理的生物原油的热值为18 066.62 kJ/kg,脱炭后热值低于脱炭前的生物油热值,其差值为3 446.71 kJ/kg,说明生物油中含有一定的固体炭.将脱炭后的生物油进行脱水处理后,测得生物油热值高出脱碳后生物油热值一倍左右.另外,玉米秸秆进行稀硝酸处理后,虽然玉米秸秆的热值降低,但裂解后生物油的热值有所提高,其热值差为913.74 kJ/kg.采用GC-MS分析得知,生物油是一种复杂的含氧有机化合物和水组成的混合物,也是导致其不稳定的主要原因.     

变速升温对玉米秸秆热解产物特性的影响

通过玉米秸秆的变速升温及传统匀速升温热解试验,对不同热解形式下生成的生物炭、生物油及热解气进行检测分析,探究升温速率对其热解产物特性的影响。试验表明,玉米秸秆减速升温生物炭得率和热解气得率分别为29.82%和27.49%,而加速升温的产物中生物油所占比例较大。通过热重试验及气相检测,发现不同的升温设置改变了生物质热解进程。此外对非冷凝气体进行气相检测分析发现,CO、CO2先于CH4溢出,而H2的溢出浓度随着热解温度的升高而增大。对生物油主要成分的检测分析发现,减速升温所制生物油的主要成分为小分子物质,大分子有机物含量很少,而加速升温可以得到更加丰富的多环芳烃。通过对产物的对比分析发现,在相同的热解时间下,减速升温速率设置不仅可以保证热解产物中较高的生物炭得率,且热解气得率比匀速升温试验增加4.49%,生物油相得率减少4.51%,且稠环芳烃含量较少。优化升温速率设置可提高生产效率,从而为生物质热解工程中的炭气油联产提供新的思路。     

秸秆水热生物炭燃烧特性评价

为推动水热生物炭燃料化利用,以不同水热炭化温度（200、240、280、320、360℃）下得到的小麦秸秆水热生物炭为原料,利用生物炭化学组成、动力学参数、燃烧指数对水热生物炭燃烧特性进行了评价,并研究了水热炭化温度对燃烧特性的影响。研究结果表明,随着水热炭化温度由200℃增加到360℃,由于脱水、脱羧反应的发生,水热生物炭的燃料比由0.34增加到1.2,O/C和H/C物质的量比分别由0.5、1.17降至0.07、0.67,水热生物炭的煤化程度升高;水热生物炭在低温段、高温段的活化能分别由14、67kJ/mol增加到41.4、76.5kJ/mol,水热生物炭燃烧反应活性降低;无量纲燃烧指数Z由3.49×10-2降至6.64×10-3,表明燃烧反应活性降低,这与化学组分和表观活化能的评价结果一致,指数Z可用于衡量水热生物炭的燃烧活性。     

玉米秸秆饲料营养成分NIRS在线检测

玉米秸秆本身营养成分含量低,需作为粗饲料和其它饲料混合生产全混合日粮或经黄贮等技术工艺改善其品质。为在利用和改善处理过程中对其营养成分含量进行实时检测,采用217个玉米秸秆样品,利用优化后的近红外在线光谱采集系统,探索了利用近红外光谱技术在线检测玉米秸秆水分、粗蛋白、酸性洗涤纤维和可溶性糖等营养成分含量的可行性。研究结果表明利用近红外光谱技术可以实现对玉米秸秆饲料营养成分的定量分析。水分、粗蛋白、酸性洗涤纤维、可溶性糖含量模型的相对标准偏差和相对分析误差分别为9.03%和1.97、11.36%和2.31、3.75%和2.02、16.18%和3.61。     

三氟乙酸催化玉米秸秆纤维素制备三醋酸纤维素研究

以玉米秸秆纤维素为原料,以三氟乙酸(Trifluoroacetic acid, TFA)为催化剂,提出采用一锅法高效制备三醋酸纤维素(Cellulose triacetate, CTA)的新工艺,并进行了合成试验。以CTA的取代度和产率为指标,分析了TFA添加量、反应温度、反应时间以及乙酸酐添加量对CTA取代度及产率的影响,并优化了合成工艺,结果表明,CTA的最佳制备条件为：TFA添加量15mL/g、反应温度25℃、反应时间30min、乙酸酐添加量5mL/g,得到的CTA的取代度为2.95,产率为96.2%。通过傅里叶变换红外光谱分析、X射线衍射分析以及氢核磁共振分析对产物理化特性进行了表征,结果表明,纤维素发生了乙酰化反应,并合成了CTA;热重分析结果表明,该工艺制备的CTA具有较高的热稳定性。     

玉米秸秆AFEX预处理纤维素酶解特性研究

为了探究氨纤维膨胀(Ammonia fiber expansion,AFEX)预处理产生的酚类物质和木质素暴露程度的变化对酶解的影响,对玉米秸秆(CK)进行了高、低两个温度水平的AFEX预处理(L-AFEX:90℃、5 min;H-AFEX:140℃、15 min,载氨量和含水率分别为1 g/g和60％),对预处理后玉...     

机械力催化玉米秸秆醇解合成乙酰丙酸乙酯工艺研究

利用农作物秸秆醇解合成乙酰丙酸酯近年来受到广泛关注,但秸秆的难降解结构制约了秸秆的醇解利用。机械球磨是一种新兴的机械预处理方式,机械力作用可以有效破坏生物质致密结构,提高生物质化学反应性能。以玉米秸秆为对象,首先研究了球磨工艺对乙酰丙酸乙酯及其中间产物和副产物的影响,考察了催化剂类型、催化剂浸渍球磨、球磨时间、球磨介质填充率和球料体积比等因素;球磨显著提高了乙酰丙酸乙酯的产率。在相同H+浓度的条件下,催化剂酸性越强催化效果越好;球磨时间对乙酰丙酸乙酯的影响最大,介质填充率和球料体积比对乙酰丙酸乙酯产率的影响不显著;以乙酰丙酸乙酯产率为指标优化出的球磨工艺为:不添加催化剂球磨,球磨时间为60 min、介质填充率为35%、球料体积比为2。在此球磨条件下,乙酰丙酸乙酯的摩尔产率由20.08%提高到33.34%,基于纤维素的醇解产物总产率由73.18%提高到83.03%。     

尿素预处理玉米秸秆降解木质素动力学研究

为探究尿素预处理玉米秸秆降解木质素的动力学特性,解析尿素对玉米秸秆木质素的作用规律,研究了总固体质量分数（10%、30%、50%和70%）和尿素添加比例（1∶100、1∶20、1∶10、1∶2和7∶10）对玉米秸秆木质素含量的影响,并进行模型拟合,获得了尿素预处理玉米秸秆降解木质素动力学模型。结果表明：总固体质量分数在50%以内时,随着尿素添加比例的增加,玉米秸秆的木质素去除率先增加、后降低,总固体质量分数为70%时木质素去除率随着尿素添加比例的增加而增加,当总固体质量分数为10%和70%、对应尿素添加比例为1∶20和7∶10时,获得的最大木质素去除率分别为71.05%、68.69%;不同预处理条件下,玉米秸秆的残余木质素质量与总固体回收量均呈现较好的线性关系,在整个尿素预处理过程中脱木质素选择性系数稳定在0.32~0.48g/g之间;尿素预处理玉米秸秆的脱木质素过程符合初始脱木质素、大量脱木质素和残余脱木质素3个阶段连续一阶动力学模型,大量脱木质素阶段的最大可脱除木质素质量比可达0.71,在低、高总固体含量下,尿素转化的液态铵和气态氨对玉米秸秆均具有较好的脱木质素作用。     

生物炭对混施沼肥秸秆还田腐解特性的影响

为提高秸秆与沼肥同步翻埋还田的腐解效果,在室温条件下,秸秆中混施沼肥,采用网袋法模拟翻埋还田,在105 d的试验周期内,探讨在土壤中配施生物炭对秸秆与沼肥同步翻埋还田腐解的影响规律。结果表明,在土壤中配施生物炭能显著提高秸秆各指标的降解速度,且不同土壤之间玉米秸秆的降解率表现为砂土组大于壤土组,添加生物炭组大于未添加生物炭组,试验结束时,壤土组、壤土+生物炭组、砂土组、砂土+生物炭组的降解率分别为69.96%、74.63%、78.19%和79.14%;腐解前49 d为秸秆各组分的快速腐解期,后期腐解速率逐渐变慢;秸秆的降解率与纤维素降解率具有显著的相关性,添加生物炭对木质素的降解具有显著的促进作用,且木质素的降解与有机碳的降解呈正相关性。     

玉米秸秆及其发酵沼渣热解动力学研究

为研究厌氧发酵过程对秸秆类生物质热解特性及动力学的影响,以玉米秸秆及其厌氧发酵沼渣为研究对象,分析了二者热解特性,分别采用Flynn-Wall-Ozawa(FWO)法和Starink法对热解活化能分布进行研究,并结合Malek法对其主要热解阶段的最概然机理函数进行了探讨。原料基本特性分析结果表明,玉米秸秆经过厌氧发酵后,挥发分含量减少19.48%,固定碳含量增加27.87%,半纤维素与纤维素相对含量分别降低了39.94%与30.96%,木质素相对含量增加了109.14%。热重试验结果表明,与玉米秸秆相比,发酵沼渣最大失重速率减小,且残炭率较高。对二者热解动力学分析结果表明,发酵沼渣的活化能主要分布于91~130 k J/mol之间,低于玉米秸秆原样;二者机理函数可采用两阶段理论描述,当转化率小于0.6时可由反应级数n=2机理模型进行描述;当转化率大于0.6时,玉米秸秆更符合圆柱形对称三维扩散机理(D4),发酵沼渣更符合球形对称三维扩散机理(D3)。本研究为发酵沼渣热解制备生物燃料工艺条件优化和工业化应用提供了理论依据。     

玉米秸秆纤维素的磷酸结合碱性过氧化氢分离

传统玉米秸秆纤维素分离工艺中,一般采用硫酸等强酸进行处理,存在酸腐蚀性强及碱消耗量大等问题。基于此,研究以磷酸预处理结合碱性过氧化氢的处理工艺,探究处理过程中玉米秸秆纤维素、半纤维素及木质素质量分数的变化。通过单因素试验优化得到适宜工艺为:磷酸处理温度150℃,处理时间1. 5 h,磷酸质量分数1. 67%,氢氧化钠质量分数1. 0%,过氧化氢质量分数2. 0%,处理温度50℃,处理时间3 h,在此条件下制备的玉米秸秆纤维素得率达89. 02%,半纤维素去除率达93. 25%,木质素去除率达95. 18%,纤维素质量分数达90. 19%,同时在稀磷酸处理过程获得的滤液中能得到高副加值产物木糖、阿拉伯糖以及糠醛,半纤维素的回收率高达93. 81%。通过FTIR、SEM、AFM和XRD等测试分析发现,玉米秸秆经过磷酸处理后能有效去除半纤维素,碱性过氧化氢处理能脱除木质素组分,两步处理过程中秸秆纤维素晶型无变化,但是结晶度显著提高,热稳定性增强。     

秸秆湿贮存过程添加剂协同调控对甲烷产量的影响

以干黄玉米秸秆为原料,研究可溶性糖(葡萄糖)及其与同型乳酸菌、异型乳酸菌、乙酸协同添加对原料湿贮存过程中品质及甲烷产量的影响。结果表明:单一葡萄糖添加组,贮存30 d,干物质损失率为4.7%,以乳杆菌属、片球菌属、肠球菌多种乳酸菌主导,乳酸与乙酸含量(干基质量比)分别为36 g/kg和5 g/kg,秸秆产甲烷潜力比空白组提高6.8%;葡萄糖植物乳杆菌协同(同型发酵)组,贮存30 d,干物质损失率为4.6%,乳酸含量升高至62 g/kg;葡萄糖短乳杆菌协同(异型发酵)组,贮存30 d,干物质损失率为5.5%,乳酸与乙酸含量分别达到44 g/kg和12 g/kg;两类乳酸菌的协同添加均未对产气潜力产生进一步促进作用;葡萄糖乙酸协同组,贮存30 d,干物质损失率为3.6%,乳酸与乙酸含量分别升高至75 g/kg和20 g/kg,异型乳酸发酵魏斯氏菌属丰度升高至16.87%,有效抑制肠杆菌属(腐败菌)生长,秸秆产甲烷潜力提高8.7%。综合分析本试验结果,当原料可溶性糖含量不足时,外源糖的补充是保证原料高效贮存及产气的关键,协同乙酸添加可强化以魏斯氏菌属为主导的异型发酵过程抑制腐败菌生长,强化贮存过程的稳定性。     

PAM预处理玉米秸秆中半纤维素水解动力学分析

过氧乙酸复合马来酸(Peracetic acid and maleic acid, PAM)能有效将玉米秸秆中木质素和半纤维素脱除分离得到纤维素,同时将半纤维素降解为木糖,然而PAM预处理中半纤维素的降解机制尚不清楚。以单独过氧乙酸(Peracetic acid, PA)预处理为对照,考察了90～120℃PAM预处理玉米秸秆中半纤维素的水解动力学,采用双相水解动力学模型拟合分析了玉米秸秆中半纤维素的水解反应动力学参数。结果表明,半纤维素的水解由快速水解和慢速水解两个阶段构成,慢速水解部分的比例随着反应温度的升高而下降。与PA预处理对比发现PAM预处理可以将木聚糖快速反应和慢速反应的活化能分别降低至71.4 kJ/mol和79.1 kJ/mol,并且显著提高木聚糖的水解反应速率。研究结果证实了该模型可以有效模拟木聚糖的水解过程,揭示了PAM预处理促进半纤维素水解作用的动力学机制。