基于遗传算法-综合计算法的生物质热解气化优化分析

生物质热解气化可实现碳基可再生能源的高效清洁利用。为准确预测生物质热解气化产率分布,贴合生物质热解气化真实转化过程,由生物质热解气化实测数据通过遗传算法（genetic algorithm, GA）对综合计算法模型进行改进,按照综合计算法中热解段和固定碳气化反应段建立Aspen Plus模型。 结果表明：在GA-综合计算法中,稻壳在热解段CO₂的氧为干基氧含量的32.02%,焦油产率为挥发分的8.32%, 平均热解组分误差为8.53%,平均合成气组分误差为5.37%;基于GA-综合计算法的Aspen Plus模型,热解过程组分和气化段固定碳转化率由GA-综合计算法得出,实现了GA-综合计算法和流程模拟的复合, 其合成气模拟值与实验值接近,较好地反映生物质热解气化流程,为生物质热解气化产率分布及流程参数优化提供指导。     

生物质热解炭化反应设备研究进展

生物质热解炭化技术作为生物质能源开发利用的一种重要途径,已经得到国内外广泛关注。文章介绍了生物质热解炭化反应设备的两大类型,即窑式炭化炉和固定床式热解炉。详细论述了各种典型设备的结构特点和适用范围,认为与窑式炭化炉相比,固定床式热解炭化炉炭化周期短、对生物质原料适应性和可操作性更强、产炭品质更有保障。最后指出了高效、稳定、机械化是生物质热解炭化设备未来的研究和发展方向。     

基于分级冷凝的生物质热解多联产方案优化分析

传统内热窑式生物质热解炭化技术产效平稳,炭品质优良,但热解气往往只经单一设备冷凝,副产品种类少,质量差,整体能量利用率及经济效益低下且存在环境问题,因此针对热解气提出多级冷凝的优化方案并结合某产炭厂生产数据进行分析。通过对生物油及不可冷凝气体产物的成分分析,建立该工艺下所产热解气的化合物模型,经过冷凝计算获得以三级冷凝为核心的生物质热解多联产系统。通过对该系统进行热力学性能及经济性等分析发现,优化方案的能量利用率由50.56%提升至71.07%;年利润增加额为改造投资的4.5倍,实现了生物质能源综合利用与降污减排的目的。     

生物质的微波热解技术研究进展

生物能源化转化技术是当今能源领域的热点之一,生物质微波热裂解技术被广泛认为是该领域中具有超强的发展前景技术。从生物质微波热解制油、生物质微波热解制取生物炭、生物质微波热解制取合成气以及生物质微波热解多联产技术等几个方向总结了国内外生物质微波热解技术的研究现状和趋势,最后提出了生物质微波热解技术的几点建议。     

生物质焦油重整催化剂的研究进展

生物质热解制备富氢合成气是当前的研究热点，催化重整生物质焦油不仅能够有效地去除焦油，而且可以增加气相中H₂和CO的含量。本文综述了近几年关于生物质焦油重整催化剂的研究，讨论了镍基催化剂、非镍过渡金属催化剂和碱金属催化剂的优劣势。镍基催化剂使用时通常需要载体，虽然具有较高的催化活性，但是易通过积炭和镍烧结而失活。非镍过渡金属催化剂中的贵金属催化剂虽然具有极高的活性和稳定性，但是价格昂贵。碱金属催化剂易挥发而永久失活。     

生物质的微波热解技术研究进展

生物能源化转化技术是当今能源领域的热点之一,生物质微波热裂解技术被广泛认为是该领域中具有超强的发展前景技术。从生物质微波热解制油、生物质微波热解制取生物炭、生物质微波热解制取合成气以及生物质微波热解多联产技术等几个方向总结了国内外生物质微波热解技术的研究现状和趋势,最后提出了生物质微波热解技术的几点建议。     

Fe负载污泥生物炭催化热解聚丙烯及产物特性

针对塑料成分复杂、热解产油组分不稳定和品质控制难的问题，本文以市政污泥为原料制备Fe负载污泥基生物炭催化剂，以聚丙烯塑料(PP)催化热解促进焦油裂解与合成气生产的试验路线开展研究，分析了PP热解产物中焦油的去除效果、富H₂合成气关键组分以及催化热解过程对污泥基生物炭表面特性的影响。结果显示FeCl₃浸渍比为5%(质量分数，以Fe计)制备的污泥基生物炭可显著促进PP催化热解产氢，1g塑料氢气产率达17.39mmol，分别高于未经Fe负载污泥生物炭催化对照组268.43%以及纯PP热解对照组2046.91%。催化热解过程强化了焦油裂解，焦油裂解率达29.65%。焦油组分中醇类物质相对占比下降，烯烃类与卤代酯类物质相对占比上升。同时，催化热解后污泥基生物炭表面出现特殊的薄层状孔隙结构，比表面积增至225.90m²/g。XPS分析发现污泥基生物炭表面的碳氧官能团结合碳、晶格氧以及羧基氧相对比例上升，证明在此Fe浸渍比例下出现了更多的活性位点。     

核壳结构Cr-Zn@SiO_2@MSAPO催化剂的制备及协同催化生物质热解气合成低碳烯烃研究

环境污染和能源危机已经成为当今社会面临的两大挑战,而生物质热解气在解决上述两个问题方面有重要的应用价值。新型核壳结构Cr-Zn@SiO_2@MSAPO催化剂利用其特殊的"氧缺陷"活性位点和限域催化效应,使合成气进行新型费托催化转化过程,实现合成气向低碳烯烃的高效转化。本实验基于生物质热解气与合成气组成成分的相似性,实现生物质深度催化热解所得热解气为原料,再经新型费托催化合成技术将热解气转化为重要的工业原料(低碳烯烃)。     

温度和低氧条件对成型生物质炭孔结构影响的实验研究

分别在400℃、500℃、600℃、700℃、800℃的热解终温和0、2%、4%、6%含氧量的热解气氛条件下制备成型生物质炭,通过扫描电镜、比表面积仪等测试手段对制得的成型生物质炭进行孔结构特性分析,研究了热解制备成型生物质炭时不同终温和不同含氧量的热解气氛对成型生物质炭孔隙结构的影响。结果表明,具有相同含氧量的热解气氛条件下,随着终温从400℃升高到800℃,比表面积先升高然后逐渐降低。从扫描电镜图中也可以发现终温在800℃时,大孔更易被观察到。在终温不变条件下,热解气氛的氧气体积分数从0上升到6%时,由于氧浓度增大,对热解产生了促进作用,加速热解反应,比表面积总体上升,微孔、中孔孔容积总体增加,但是在600～800℃时增加趋势放缓。说明在相同含氧量的热解气氛下,随终温升高,比表面积先增加后降低。相同终温下,随着热解气氛中含氧量的增加比表面积增加,而在较高终温和较高含氧量的热解气氛条件下,比表面积增加减慢,而比表面积的增加有利于加强成型生物质炭的吸附能力。     

废轮胎热解炭低温催化焦油重整制备富氢气体的研究

以全钢型废旧轮胎为原料，通过热解、活化、浸渍、焙烧的流程制备了三种热解炭催化剂，分别为轮胎热解炭（Raw char）、轮胎热解活性炭（AC）和负载Zn的活性炭（Zn/AC）。采用N₂吸/脱附、SEM、EDS、XRD等表征方法对催化剂进行了一系列表征和分析，发现CO₂/H₂O活化可显著提高催化剂BET比表面积，最高可达380 m²·g^-1，有效改善催化剂表面结构性质，同时浸渍法使催化剂表面负载大量ZnO活性位。对三种催化剂在纤维素热解焦油重整制氢过程中的催化性能进行了研究，发现Raw char（600℃）具有最佳催化效果，相较于空白组（500℃），热解气中H₂体积分数提高了12.4%，达到19.3%，其次为Zn/AC（500℃）组的17.8%，实现了低温下催化纤维素焦油热解制得高产率H₂。     

Tri-reforming of CH4 using CO2 for production of synthesis gas to dimethyl ether

In general, there are three processes for production of synthesis gas; steam reforming, CO₂ reforming and partial oxidation of methane or natural gas. In the present work, we refer to tri-reforming of methane to synthesize syngas with desirable H₂/CO ratios by simultaneous oxy-CO₂-steam reforming of methane. In this study, we report the results obtained on tri-reforming of methane over the Ni/ZrO₂ based catalyst in order to restrain the carbon deposition and to evaluate the catalytic performance. Results of tri-reforming of CH₄ by three catalysts (Ni/Ce–ZrO₂, Ni/ZrO₂ and Haldor Topsoe R67-7H) are showed that the coke on the reactor wall and the surface of catalyst were reduced dramatically. It was found that the weak acidic site, basic site and redox ability of Ce–ZrO₂ play an important role in tri-reforming of methane conversion. Carbon deposition depends not only on the nature of support, but also on the oxidant as like steam or oxygen. Therefore, the process optimization by reactant ratios is important to manufacture the synthesis gas from natural gas and carbon dioxide.     

甲烷活化与煤热解耦合过程提高焦油产率研究进展

热解是实现煤清洁高效利用的重要途径之一。针对传统煤热解焦油收率低的现状，从煤热解反应机理出发，围绕甲烷催化/等离子体活化与煤热解过程耦合提高焦油收率的研究工作进行综述，重点介绍了甲烷部分氧化、甲烷二氧化碳重整、甲烷芳构化、甲烷水蒸气重整及甲烷等离子体活化与煤热解耦合过程特点以及对焦油产率的影响。结果显示，相对氮气和氢气气氛下热解，耦合过程焦油产率显著提高，并具有煤种普适性。同时借助同位素示踪技术对耦合过程焦油产率提高机理进行分析。结果表明，甲烷经催化/等离子体活化后产生的活性物质通过与煤热解形成的自由基结合，参与了焦油的形成，是焦油产率显著提高的根本原因。耦合反应器的设计和甲烷活化催化剂的开发是今后该过程工业应用的关键。     

化学链耦合催化重整热解生物油制备合成气

生物油重整制合成气不仅能充分利用生物油中的成分,同时也展现了生物油转化为化学品的高值利用潜能。将载氧体NiFe₂O₄和Ni基催化剂耦合得到催化耦合化学链反应体系,为了比较催化剂的影响机制,分别构建了Ni/Si-NiFe和Ni/VR-NiFe催化耦合化学链反应体系,并以愈创木酚、乙酸和乙醇的纯物质及其混合液作为生物质热解液的模拟物,通过水蒸气重整实验考察了催化剂配比、反应温度、水碳比和反应时间对重整产物分布的影响。基于反应条件的筛选进一步通过寿命试验和BET、SEM表征,验证了反应体系的稳定性。最后,通过单组分及混合液体重整反应系统分析了化学链耦合催化反应体系的重整机制,为生物质热转化制备化学品提供了重要的理论支撑。     

改性钒铈基催化剂催化氧化烟气中邻二甲苯

燃煤过程中产生微量VOCs随烟气排放将导致大气污染。本文以Mn、Fe、Co、Cu对钒铈钛（Ce-V₂O₅/TiO₂）催化剂进行改性，并研究催化剂对烟气中典型VOCs中的邻二甲苯氧化脱除行为。研究结果表明，Mn、Fe改性分别在低温段和中高温段有效提高Ce-V₂O₅/TiO₂催化剂对烟气中邻二甲苯的催化氧化效率。烟气中的水蒸气、SO₂、NH₃、NO对催化氧化有不同的抑制程度，其中NH₃对催化效率抑制作用最强。不同改性催化剂对烟气组分反应不同，Fe改性Ce-V₂O₅/TiO₂催化剂抗烟气复杂组分中抗毒性最强。表征结果表明，Fe改性的Ce-V₂O₅/TiO₂催化剂表面积高、氧化还原性强，具有高催化活性与较强抗中毒性，可能成为一种针对燃煤烟气中有机污染物高效脱除的有潜力的催化剂材料。     

助剂对镍基生物质焦油重整催化剂性能影响的研究进展

分别以碱及碱土金属、过渡金属以及稀土金属3种常见助剂类型,探讨了不同助剂对镍基催化剂催化生物质裂解及气化重整制氢催化活性、催化剂物化特性及催化剂失活特性的影响。添加碱金属组分后,生物质热解反应速率会大幅上升,生物质焦的水蒸气气化反应得到促进,并且达到最大热解速率所需的温度也有所降低,热解产物趋向于小分子量产物;过渡金属对生物质气化过程中生成焦油的催化裂解重整具有较好的催化活性;稀土元素对甲醇水蒸气重整等催化反应有着重要的作用,镍基催化剂中加入Ce和Pr能提高甲醇转化率、改善产气组分、提高H₂的选择性。结合国内外的研究情况发现钴、镧等金属助剂有利于提升镍基催化剂重整制氢活性,催化剂积炭及表面活性颗粒的聚集是造成催化剂失活的主要原因。     

CO2高值化利用：CO2加氢制甲醇催化剂研究进展

二氧化碳（CO₂）催化加氢制备甲醇等重要化工原料是一项具有前景的碳循环利用技术。目前,该技术的核心挑战是开发出高活性、高选择性和高稳定性的CO₂加氢催化剂。相比于传统的铜基催化剂,铟基催化剂有较高的甲醇选择性和高温稳定性,近年来受到学术界的关注。然而,目前人们对In基催化剂CO₂加氢反应机理和催化本质等科学问题的认知尚未形成统一理论。本综述总结了催化剂制备、反应机理研究与热力学分析、催化剂结构表征方法等进展。针对目前存在的单程转化率不高、催化剂稳定性不足等问题,提出未来研究方向包括引入新的助剂或活性组分,设计特殊结构的催化剂以及耦合分子筛等。     

燃煤烟气条件下锰铈基催化剂对邻二甲苯催化氧化

燃煤烟气中有机污染物的排放逐渐引起重视。锰铈（MnCe）基催化剂被认为是一种低温高效、低成本的可应用于燃煤烟气污染物脱除的催化剂。本文通过浸渍法制备了MnCe基催化剂，通过物理化学表征和烟气模拟台架实验，研究了MnCe基催化剂配比、反应工况、烟气复杂组分（H₂O、SO₂、NH₃、NO）以及典型污染物脱除过程（Hg⁰和NO催化转化）对催化脱除烟气中邻二甲苯行为的影响和规律。实验结果表明，Mn和Ce摩尔比为6∶4时催化剂脱除邻二甲苯效率良好。反应空速和MnCe负载量在低温下对催化脱除效率影响显著。烟气中H₂O、SO₂、NH₃、NO等组分对催化产生抑制作用，但抑制程度与作用机理具有显著差异。MnCe基催化剂对烟气SCR脱硝与Hg⁰催化氧化皆具有较高效率，且受烟气中邻二甲苯影响较小；但受SCR气氛与Hg⁰抑制，邻二甲苯催化脱除反应效率明显降低。     

碱土金属氧化物基催化剂催化热解生物质研究进展

快速热解是生物质高效转化利用的重要方法之一,然而其目标产物生物油因含氧量高、组分复杂等不足而难以直接利用。通过在热解体系中引入碱土金属氧化物基催化剂,可以将热解产物中的氧元素以CO₂和H₂O等方式脱除,从而实现生物油品质的提升。总结了典型碱土金属氧化物基催化剂对生物质催化热解过程中发生的酮基化、羟醛缩合、开环和侧链断裂反应及机理,讨论了催化剂类型（CaO、MgO、基于碱土金属氧化物的分子筛和活性炭等）、生物质原料、温度、催化剂用量、停留时间、催化方式、催化剂失活等因素对生物油产率与品质的影响,并对生物质催化热解制备高品质生物油及其应用进行了展望。