改性生物质性状研究

用NaOH对废弃生物质(玉米秸秆、葵花籽皮、花生壳)进行改性,通过工业分析、SEM分析、BET分析与热重分析,研究改性生物质的基本质量参数、形貌特征、比表面积及孔径、热解性能等。结果表明:改性生物质的水分含量和固定碳含量随NaOH浓度增加基本呈上升趋势,挥发分含量则基本呈下降趋势,灰分含量与NaOH浓度未呈现普适性规律;NaOH改性生物质的结构变化明显,大量纤维素分离暴露,呈现多孔隙或通道,微观上以介孔为主,比表面积增大,与煤粒结合活性位点增加,具有粘接潜质;NaOH改性生物质的热解峰值温度约320℃左右,低于煤的热解峰值温度,与煤混合热解有利于提高热解性能,降低活化能。     

热解温度及AAEM元素对生物质快速热解焦油的影响

生物质热解受热解温度、热解速率和碱金属及碱土金属(AAEM)元素影响显著。利用热裂解气相色谱质谱联用法(Py-GC/MS)针对热解温度及AAEM元素对生物质快速热解焦油的影响展开深入研究,通过样品热解前后的失重情况分析了热解温度及AAEM元素对生物质(稻壳和木屑、酸洗稻壳和酸洗木屑)热解特性的影响规律,利用气相色谱质谱仪(GC/MS)对热解焦油组分及含量进行了在线半定量分析,并对热解焦油组分分子量分布情况展开了讨论。结果表明生物质Py-GC/MS快速热解实验,酸洗脱除AAEM元素致使热解失重率减小。500~900℃范围内随温度的升高,大分子焦油成分逐渐减少,逐渐转化为轻质组分。AAEM元素限制了焦油前体的聚合,进一步抑制了含氧杂环类碳环(糠醛等)的生成。稻壳的热解焦油的相对分子质量主要分布在110~129。木屑快速热解焦油产率明显高于稻壳,且热解焦油中分子量分布广泛,含有更多较大分子量(150~209)的化合物成分。     

热解温度及AAEM元素对生物质快速热解焦油的影响

生物质热解受热解温度、热解速率和碱金属及碱土金属(AAEM)元素影响显著。利用热裂解气相色谱质谱联用法(Py-GC/MS)针对热解温度及AAEM元素对生物质快速热解焦油的影响展开深入研究,通过样品热解前后的失重情况分析了热解温度及AAEM元素对生物质(稻壳和木屑、酸洗稻壳和酸洗木屑)热解特性的影响规律,利用气相色谱质谱仪(GC/MS)对热解焦油组分及含量进行了在线半定量分析,并对热解焦油组分分子量分布情况展开了讨论。结果表明生物质Py-GC/MS快速热解实验,酸洗脱除AAEM元素致使热解失重率减小。500~900℃范围内随温度的升高,大分子焦油成分逐渐减少,逐渐转化为轻质组分。AAEM元素限制了焦油前体的聚合,进一步抑制了含氧杂环类碳环(糠醛等)的生成。稻壳的热解焦油的相对分子质量主要分布在110~129。木屑快速热解焦油产率明显高于稻壳,且热解焦油中分子量分布广泛,含有更多较大分子量(150~209)的化合物成分。     

热解条件对秸秆生物质炭性质的影响研究

为优化秸秆生物质炭的制备工艺,以小麦和玉米秸秆为原料制备生物质炭,研究不同热解温度和热解时间对秸秆生物质炭性质的影响。结果表明,同样热解温度(400℃、450℃和500℃)条件下,不同热解时间(0.5、1.0、2.0、3.0、5.0 h)的秸秆生物质炭pH值均为碱性。随着热解温度升高,秸秆生物质炭产率和有机碳含量下降,pH值表现为逐渐升高的趋势。与热解时间相比,热解温度对生物质炭性质的影响更为显著。热解温度为400℃时生产的秸秆生物质炭更有利于农田土壤理化性质的改善,提高土壤肥力。     

生物质与煤共燃研究(Ⅱ)燃烧性质分析

对低温热解生物质和煤共燃的燃烧性质进行了研究。在热解温度300℃，热解时间30min下对三种生物质（锯屑、谷壳和花生壳）的热解产品、长焰煤、无烟煤、热解锯屑和长焰煤混样（1：10）、热解锯屑和无烟煤混样（1：10）七个样品的燃烧热重分析发现：热解生物质的燃烧性能相近，组成结构相似，主要分为挥发分释放燃烧阶段和焦炭燃烧阶段，分别位于30℃－400℃和400℃－500℃之间，其出现分别较煤的温度低；长焰煤与热解锯屑混燃可以有效地降低着火温度，而热解锯屑与无烟煤混燃时，由于燃烧性质差异较大，是分别燃烧，不产生协同效果；热解锯屑与长焰煤、无烟煤共燃能够有效地提高煤的着火性能，在总体燃烧性能上，虽然热解锯屑明显好于长焰煤和无烟煤，但混合后对其改变不大。     

高硫煤与生物质共热解时有机硫的迁移规律

选取晋南和宁东地区的两种高硫煤作为研究对象,用HCl-HF-CrCl_2对煤样进行脱矿物质处理。将脱矿物质煤与稻壳和木屑两种生物质分别按不同质量比进行混合,在不同温度下共热解,研究了混合半焦收率的实验值与计算值的差异,以及脱矿物质煤与生物质共热解对煤中有机硫逸出的促进作用,并对有机硫逸出率最大的样品进行了FTIR,XPS,BET表征,探讨了生物质促进煤热解过程中有机硫逸出的机理。结果表明:当升温速率为15℃/min,温度低于700℃时,脱矿物质煤与生物质共热解存在明显的协同效应,使得混合样热解的有机硫逸出率高于煤单独热解时的有机硫逸出率。FTIR分析表明脱矿物质晋南煤与生物质共热解过程中—■键消失,说明协同效应促进亚砜的分解;XPS分析表明最大有机硫逸出率下有机硫的种类及含量都减少,变化最明显的是脂肪族硫化物和砜类。     

煤与生物质共热解的协同特性研究

通过对玉米秸秆和平顶山烟煤在不同粒度及升温速率下的热重分析,说明平顶山烟煤和玉米秸秆最大失重率对应的峰值温度分别为500℃和350℃左右,二者热解温差较大,无法形成协同作用;在达到相同失重量的情况下,热解温度越高,其升温速率也越高。在一定升温速率下,随着粒度的变化,玉米秸秆的热解温度变化不大,而平顶山烟煤的变化相对较大。通过对比实验1(将样品从常温加热至850℃并保温30 min)和实验2(直接放入850℃高温中并保温30 min)的挥发分,说明实验2的挥发性物质比实验1平均值升高约1.75%;随着混合物中煤质量分数的增加,实际挥发物质比理论挥发物质总体有升高趋势,说明生物质的存在对煤的热解有一定程度的协同作用。     

生物质热裂解实验研究

介绍了用于生物质热解的试验装置及试验方法,研究了升温速率、加热终温两种因素对秸秆和锯末热解产物的产率及其质量的影响,试验结果表明两种不同生物质热解产物得率的变化规率基本一致,热解温度控制在300℃～400℃温度内,热解气产率最大,热解温度越高,热解产气量越大,测验结果还表明,常见热解条件下的生物质热解表现为四个阶段的反应特点。     

熔融碱热解生物质制氢

利用熔融碱作为反应催化剂、分散剂和热载体,热解生物质原料制备富氢气体,提供了一种生物质制氢的新途径。在自行设计的生物质热解反应器中,以熔融碱NaOH热解水稻秸秆,初步探讨了熔融碱热解生物质制氢机理,考察了热解温度和热解反应时间等因素对生物质热解制氢过程的影响。结果表明:熔融碱热解生物质制备富氢气体,可以显著提高气体产物含量和氢产率,气体产物中氢含量随热解温度先降低后升高,而氢产率随之逐渐提高,在550℃时达70.82 g/kg生物质;氢含量和产率均随反应时间的增加而逐渐减小。研究对熔融碱热解生物质制氢具有一定的理论指导意义。     

热解温度对半焦生成及其元素组成的影响

利用固定床反应器对3种煤样进行了Ar气气氛高温热解研究，考察了热解温度对半焦产率和其中C，H和O元素含量的影响．研究发现，挥发分主要释放温度范围集中在400℃～700℃；半焦的H／C和O／C原子比都是随温度的升高而减小，O／C原子比在300℃～600℃降低幅度很大，H／C原子比在300℃～900℃降幅较大，当热解温度达到900℃后，不同变质程度煤的半焦H／C和O／C趋于一致．热解过程中半焦的H／C和O／C变化关系与vanKrevelen图上典型煤阶的H／C和O／C关系类似．     

微藻类生物质热解特性探究

对小球藻、螺旋藻、微拟球藻及含油微藻模化物的基本物性进行分析,并在10℃/min的升温速率下做热重实验,利用热解特性参数D对热解过程进行综合评价,采用Coats-Redfern法计算动力学参数,结果表明:微藻生物质的热解过程可分3个阶段,缓慢干燥阶段、快速失重阶段、慢速炭化阶段;热解过程参数大小表明含油微藻比其它3种微藻热解特性好;由于生物质组分质量分数的变化,含油微藻热解失重率峰值温度后移;4种微藻生物质热解主要阶段的机理函数均可由n=2动力学模型描述。     

褐煤与生物质共热解过程的协同效应

通过热重分析的方法对褐煤、生物质及褐煤生物质混合物的热解特性进行研究,以考察生物质与褐煤共热解过程中是否存在协同效应,结果表明:将褐煤与生物质按1∶1(质量比)的比例混合后,其初始热解温度及挥发分最大释放峰出现温度与生物质单独热解基本相同,热解终温与褐煤相比大幅度提前,混合物热解在各个阶段的失重率均大于其单独热解失重率的平均值.褐煤、生物质及其混合物的热解过程可以用一级和二级热解反应动力学模型描述,通过计算动力学参数,发现在整个主要热解过程中,混合物在各个温度段的E值均小于褐煤或生物质单独热解时的E值,热解反应更加容易进行.证明了生物质对褐煤的热解有促进作用,褐煤与生物质在共热解过程中存在协同效应.     

油页岩原位开采对部分地下水指标影响的分析

目前，油页岩原位开采主要集中于开采技术和工艺研究，针对开采导致的地下水环境风险影响的研究鲜有报道，该方面的研究可为建立油页岩原位开采地下水环境风险水平定量化评价模型奠定基础。本文首先对在不同热解温度、空气气氛和0.1MPa压力条件下产生的粒径≤2mm的油页岩及热解残渣进行了失重率、比表面积、元素及矿物成分分析；其次，在不同热解温度和浸取时间的条件下，通过浸取实验探究了油页岩原位开采后对地下水质量指标pH、色度、硫酸盐、氨氮和化学耗氧量（COD_Mn）的影响。结果表明：油页岩失重率与比表面积的变化规律呈现负相关性；浸取液中各项地下水质量指标主要受有机质含量、岩石组分及各元素占比变化的影响；pH和色度受热解温度及浸取时间共同影响，热解温度对硫酸盐、氨氮和COD_Mn会产生较大影响。油页岩原位开采对地下水质量存在一定的影响，在开采时需采取适当的风险防范措施。     

生物质N2/CO2气氛下热解及动力学特性研究

针对林业加工剩余物中常见的松木和慈竹两种生物质,采用非等温热重分析法研究了其热解及动力学特性,考察了不同CO2浓度和升温速率下的热解特性,采用不同反应模型进行动力学特性分析.结果表明,随着CO2浓度增大,低温热解区失重率变化较小,而高温热解区失重率和最大失重速率显著增大;随升温速率的升高,高温热解区存在热解滞后现象;N级反应模型和体积收缩反应模型分别适用于低温和高温热解区动力学参数的求解.     

高硫煤中形态硫的热解迁移特性

对西北地区石炭纪高硫煤进行热解实验,考察了热解温度(200℃～1 000℃)和热解停留时间(20min～100min)对煤中形态硫的迁移特性的影响,并通过FTIR分析了热解过程中半焦的结构变化情况.研究表明,高硫煤中全硫随热解温度的升高先减小后增大,在600℃时达到最低;硫酸盐硫的含量较低,维持在0%～0.5%之间;硫化铁硫随着热解温度的升高逐渐减小;有机硫随热解温度的升高先减小后增大,在500℃时达到最低.无机硫脱除率高于有机硫脱除率.煤热解过程中氧和硫等杂原子官能团在半焦中不断减弱.     

煤与生物质的共热解

对近年来煤与生物质共热解的研究作了综述，研究的焦点集中在富氢的生物质向贫氢的煤的转移，即寻找是否存在所谓的协同效应，在固定床，流化床等类型反应器中煤与生物质共热解的研究没有发现协同效应，这主要是因为煤与生物质热解温度的差异所造成的，至今还没见到在自由落下床中煤与生物质共热解的研究报道，在这种类型的反应器中，物料自由落下，物料粒子的温度很大程度上依赖于其黑度，由于煤的黑度远远大于生物质的黑度，在自由落下床中可以使二者达到同步热解，此外，生物质热解产生的富氢气体可以作为煤加氢热解的氢源，在这个基础上，提出了两步法共热解的思路。     

生物质与褐煤的共热解研究

采用热重分析法(TGA)对白桦、豆杆和褐煤单独及混合热解特性进行了研究。通过对不同混合比例热解与单独热解对比发现:生物质的热解过程主要分为三个阶段,褐煤的热解过程主要分为四个阶段。混合热解中,热解峰值温度Tmax高于理论值;热解最大速率Wmax、热解失重率α小于理论值;最大析出温度Tp随着生物质混合比例的增加而减少;主热解阶段的活化能E与指前因子A存在动力学补偿效应。种种变化说明生物质与褐煤产生了一定的协同作用。     

热处理对肥煤热解挥发分析出特性的影响

利用热重质谱分析仪(TG-MS)对热处理后肥煤样品的热解特性进行了研究,分析了热失重变化和挥发分析出规律.结果表明:随着煤样热处理温度的升高,热解过程中挥发分总产率逐渐减少,最大失重速率逐渐降低并向高温移动.在热解过程析出的挥发分中,轻气体主要有H_2,CO,CO_2和H_2O,烃类含有脂肪烃、环烷烃及苯、甲苯和二甲苯等;随着煤样热处理温度的升高,热解过程析出的挥发分中烃类减少,最大析出率对应的温度向高温移动;轻气体挥发分析出的温度区间较宽,在300℃到800℃之间.烃类析出的温度区间较窄,在400℃到600℃之间.     

生物质与煤共热解特性研究

采用热重分析的方法对三种生物质(花生壳、木屑、核桃壳)和煤样在高纯N2气氛下,按照一定升温速率(20 K/min)分别进行单独热重实验及不同掺混比例生物质与煤样进行共热解实验。结果表明:生物质与煤进行共热解时,随着生物质添加量的增加,样品的失重速率增加,且热解的开始温度向低温区平移并大大缩短了热解所需的时间。     

酸性糠醛残渣热解实验及热解炭性能研究

为解决糠醛渣的堆放及资源的合理利用,以糠醛渣为研究对象,分别在同步热分析仪及管式炉上进行热解实验研究,主要考察热解终温、升温速率、碳酸钠含量对糠醛渣热解产物分布及热解炭性能的影响。同步热分析仪分别以10—40℃/min的升温速率升高到850℃(10℃/min添加碳酸钠);管式炉上以10℃/min的升温速率到达热解终温300—600℃。结果表明:热重分析确定热解失重过程为干燥段、挥发分逸出段、热解炭化段3个阶段,确定主要热解温度区间为300—600℃。添加碳酸钠后抑制水分的析出,失重变化率峰值变大,表明碱金属钠盐促进纤维素的分解。随着热解温度的升高热解碳的p H值逐渐增大,热解温度为400℃时达到最高的亚甲基蓝脱色率44.4%。热解炭可进一步用于活性炭染料吸附。