落叶松木材生物油组分分析和表征

为了更加合理、高效的利用落叶松木材快速热解生物油与酚醛树脂制备新型胶黏剂,必须对快速热解生物油的主要组分进行全面、透彻的分析。本文采用气质联用仪（GC-MS）对生物油组分进行定性分析;采用气相色谱（GC）重点对生物油中的酚类物质进行定量分析;采用傅立叶变换红外光谱（FT-IR）对生物油旋转蒸发后得到的物质（重质油）进行结构表征。通过分析得到生物油组分主要包括羧酸类、醚类、酚类、醇类、醛类、烷烃类等有机化合物。结果表明,不同工况条件下生物质油中酚类物质质量分数为4%～15%,最大值为14.15%。     

乌拉草纤维热解及其产物挥发性有机物特性分析

为探究乌拉草纤维的热解性能及其在热解过程中挥发性有机物释放情况,基于傅里叶红外光谱仪及同步热分析质谱联用系统对乌拉草纤维及汉麻纤维的主要化学成分进行分析,探究其热分解过程,采用Coats-Redfern法进行热动力学计算,并对其热分解过程中挥发性有机物释放进行检测。研究结果发现,乌拉草纤维与汉麻纤维主要成分相似,以纤维素、半纤维素、木质素为主。其热分解过程可依次分为水分挥发失重、半纤维素热解、纤维素及木质素热解3个主要阶段,并可用半纤维素热解、纤维素热解、木质素热解3个独立的一级反应描述,纤维素与木质素热解阶段反应活化能较高,热解过程与汉麻纤维热分解过程相似。在乌拉草纤维热解过程中,除H2O、CO2气体释放以外,同时释放少量甲醛等挥发性有机物。研究结果为乌拉草纤维实际应用中阻燃及环保问题的考虑提供参考。     

玉米秸秆连续干馏条件下能量平衡分析

为分析外源加热与分段连续干馏技术工艺条件下的生物质热解特性,以玉米秸秆为原料,通过自行开发的生物质连续热解炭气油联产平台,开展了生物质连续干馏试验测试,分析了炭气油三态产物的理化性质、组分分布和受工艺参数影响的基本规律,并在此基础上进行了系统热量衡算和能量平衡分析。结果表明,连续热解条件下,玉米秸秆炭品质受物料在反应室的滞留时间影响大,滞留时间一般应不低于30 min,热解气热值可达到15~20 MJ/m~3,热解油组分极其复杂;玉米秸秆炭携带热量最多,约占产物总能量的47.88%,热解气占产物总能量的36.17%,木焦油和轻油分别占13.14%和1.74%;连续热解系统能耗比为0.97,能量回收率为75.7%。该研究可为外加热分段连续式生物质炭化设备的开发和推广应用提供重要的基础支撑。     

秸秆热解工艺优化与生物炭理化特性分析

以肥料化利用为目标,优化秸秆热解工艺,实现秸秆生物炭的高值化利用。该研究以水稻、小麦、玉米、油菜和棉花秸秆为原料,以炭化温度、保温时间和升温速率为因素进行正交试验,采用综合评分法优化热解工艺,并分析最优工艺条件下生物炭的理化特性。结果表明,影响秸秆生物炭品质因素的主次顺序为炭化温度、保温时间、升温速率。以生物炭的肥料化利用为目标,5种秸秆炭化的最优工艺参数组合是炭化温度500℃、保温时间30 min、升温速率10℃/min。在最优工艺条件下,5种秸秆生物炭的炭产率约为32%~38%,固定碳的质量分数大于45%,C元素的质量分数大于53%,N元素的质量分数为0.7%~2.5%,K元素的质量分数为3.41%~6.81%。生物炭表面有含氧官能团且内部有丰富的介孔结构。该研究为秸秆生物炭的肥料化利用提供数据支撑。     

玉米秸秆在等离子体加热流化床上的快速热解液化研究

为了进一步研究生物质热解液化技术,寻找较为理想的生物油产率所对应的试验条件,设计制作了以等离子体为主热源的流化床热解液化装置,反应器的内径为52 mm,高1150 mm。以玉米秸秆粉为原料在不同温度、不同喂料速率下进行一系列的热解液化试验。试验结果表明：喂料速率在0.6～0.7 kg/h时,生物油产率较高;反应温度升高,生物油产率增高,但是当反应温度超过750 K时,产率反而随温度的上升而下降。使用色质联用仪(GC-MS)对生物油进行了成分分析,4种试验条件下制取生物油的主要成分均为乙酸、羟基丙酮、水、乙醛、呋喃等,试验条件不同各主要成分的相对含量有所不同。高含水量和含氧量降低了生物油的热值和稳定性,容易发生聚合反应,必须经过改性后才能应用。所采用的试验装置及试验方法亦可用于以其它原料获取生物油的研究。     

转锥式生物质热解机械系统的研制

该文介绍了转锥式生物质热解系统的组成和工作过程，该系统以自行研制的三锥齿缘式锥式反应器作为主反应器，设计了连续弯叠火管式热载体加热炉和热载体气力输送装置。在反应器温度550℃条件下，取农作物秸秆和木材等生物质原料各5 kg进行试验，加工平均耗时为1分38秒，生物质油得率为75.30%。该系统的研制和试验，为大型生物质热解系统的开发提供了依据。     

食用菌菌糠的热解特性及动力学分析

为考察食用菌菌糠的热解特性和机理,该研究采用热重和热重-红外联用对香菇菌糠在氮气气氛下的热解特性进行研究,考察不同升温速率下菌糠的热重(TG)曲线和微分热重(DTG)曲线的变化规律,并对DTG曲线进行分峰分析,通过计算得到香菇菌糠热分解的反应活化能E、反应级数n及频率因子A,以及热解产物析出特性;在固定床上开展了香菇菌糠的定温热解试验,试验温度分别为500、550、600 ℃,并对三相产物产率和成分组成等进行了分析。结果表明：香菇菌糠热解可以分为3个阶段,水分析出段,热解段和炭化段,其中主要热解阶段为250～550 ℃,失质量率达到58%;升温速率对香菇菌糠热解影响不明显,但是随着升温速率的增大,试样的TG和DTG曲线向高温区移动;菌糠热解的表观活化能为66.33 kJ/mol,较低的表观活化能表明菌糠更容易发生热解。固定床定温热解结果表明菌糠热解气的主要成分为CO2、CO、CH4、H2,4种气体成分含量由高到低为：CO2、CO、CH4、H2;随着热解温度的升高,菌糠热解所得生物油成分以CxHyOz为主,表明菌糠热解生成的生物油具有一定的潜在利用价值;香菇菌糠热解半焦的主要成分是固定碳,相较于原料,挥发分的占比大幅度减少。     

生物质水蒸气氛围烘焙对后续热解影响

为了探究余热烟气中水蒸气对生物质烘焙及后续热解影响,该研究以榆木为研究对象,在立式炉中进行不同氛围（氮气及氮气-水蒸气）和不同温度（200、230、260、290 ℃）的烘焙试验,然后利用热重-质谱联用仪（TG-MS）和热裂解-色谱质谱联用仪（Py-GC/MS）进行惰性氛围的热解试验。结果表明：榆木在烘焙过程中发生了脱水、脱羰基、脱甲基反应,水蒸气的存在对后续热解油中乙酸的去除更有利。在所有样品中氮气氛围下290 ℃烘焙样品的失重速率峰值最低,仅为0.3%/℃。同时水蒸气的存在使氮气-水蒸气烘焙样品的最大失重峰后移。在热解主反应区,200、290 ℃烘焙温度下,水蒸气会提高热解反应活化能,而230、260 ℃烘焙温度下热解反应活化能却降低。此外,同一烘焙温度下水蒸气会抑制热解过程中H2、CH4、H2O、CO和CO2的生成。研究结果可为复杂气氛对生物质烘焙以及后续热解影响的研究提供参考。     

厌氧消化残渣与低阶长焰煤共热解特性

为提高厌氧消化废弃物的能源效率和实现低阶煤的清洁高效利用,该文通过采用长焰煤和木质纤维素生物质厌氧消化残渣(沼渣)共热解方法,利用热重分析仪、固定床热解反应器等考察长焰煤和沼渣的共热解特性,深入研究温度对等比例混合的长焰煤和沼渣共热解产物特性的影响。热重结果表明,长焰煤和沼渣实际热重曲线与计算曲线存在差异,二者共热解存在明显协同效应。共热解试验结果表明：随着温度的升高,热解焦油产率呈先增高后降低趋势。当温度从400 ℃增加到500 ℃时,焦油产率从9.23%增加到12.12%;进一步升到温度到700 ℃,焦油产率降低到9.30 %。H2、CO产率随着温度的升高先减少后增加,而CH4产率随着温度先增加后降低,热解气体的热值在600 ℃达到最大值15.33 MJ/m3。GC-MS结果表明,600 ℃时的热解油中单、双环芳烃相对含量高,含氧较少,共热解油中的化合物由于协同效应的存在有明显的提质。厌氧消化残渣与长焰煤的共热解存在协同效应,能够提升焦油产率与芳构化能力,二者共热解产物质量油、气均有显著提升。     

微波加热条件下棉杆热解的产物特性分析

为了揭示微波加热方式对棉杆热解过程的影响,该文采用气相色谱和质谱分析仪（GC-MS）、等温吸附仪（BET）以及傅立叶红外分析仪（FT-IR）分析了棉杆热解产物的理化特性。研究表明随着热解温度的上升,气体产率和液体产率变化趋势相反,且均在500℃附近出现极值,而焦炭产量逐渐降低。微波加热条加下棉杆热解液体产物组分复杂,以乙酸、左旋葡聚糖、苯酚类物质为主,其中乙酸和左旋葡聚糖含量随温度升高而逐渐降低,酚类物质在450℃含量最高,而后总体含量变化缓慢;随着温度的上升,焦炭的孔隙度先增加后降低,所含官能团逐渐减少,焦炭比表面积最大可达到400 m2/g。该文可为微波热解生物质用于产物品质提升的研究提供参考。