生物质热解的灰色关联度分析与多元回归模型优化研究

影响生物质热解的因素很多,文章只考虑影响热解产物的5个重要因素:物料性质、填实度、热解终温、物料粒径和加热速率,使用灰色关联度分析计算得出影响热解产气率、气体热值、焦油产率、半焦产率等因素的关联度数值依次为热解终温>物料特性>加热速率>物料的填实度>物料粒径。采用3种回归方法拟合参考因素和影响因素之间的关系,经过回归显著性F—检验后得出逐步回归方法拟合效果“最优”,如半焦产率逐步回归方程最终检验结果F=139.23>F(5,23,0.95)=2.64,剩余标准差(RMSE)=0.02418,模型和实验吻合得很好,同时结合先进的计算软件可使工艺过程优化和简单化。     

生物质废弃物在回转窑内热解研究--Ⅱ.热解终温对产物性质的影响

考察了不同热解终温下木块和稻壳在回转窑内热解产物－燃气、焦油和炭的成分和性质的变化。在试验温度范围内,热解气体热值约10．0－15．9MJ／Nm^3,密度1.21-1.52Nm^3/kg,且随热解终温变化呈规律性变化,木块炭的热值为29.0-33.9MJ／kg,稻壳炭则为17.6-20.8MJ/kg,热解终温的提高使炭中挥发份的降低,灰分增多,从而导致热值的降低;炭的C含量高于原始物料的C含量,而H、O则相反;元素残留率的计算表明,热解过程中H和O元素的脱除易于C元素。热解终温对焦油中饱和烃、芳香烃成分含量的影响不大,饱和链烃成分主要集中为C14－C34正构烷烃和含末端双链烯烃的碳分子链,芳香烃主要为蒽（菲）、芘、萤蒽及各自衍生物的稠环芳烃。     

基于灰色关联度和BP神经网络研究生物质热解产气特性

首次使用灰色关联度知识,用理论和数据分析了影响生物质热解产气率和产气热值的各种因素的程度大小:热解终温>物料特性(主要是挥发份)>加热方式>填实率>物料粒径。基于回归模型的预测精度不高,采用3层改进BP神经网络方法,以热解终温、物料、加热方式、填实率和物料粒径作为输入项,建立了生物热解产气率和产气热值的模型。并使用该模型预测4个不同热解实验的产气率和产气热值,最后预测值的相对误差分别为:7 30%和4 50%,证明网络的预测结果较好。     

钾盐对纤维素热解特性的影响

利用微型热解系统,研究500℃终温条件下,钾盐(K2SO4,KNO3,K2HPO4,KOH)对纤维素热解特性的影响。收集炭、焦、重油、轻油、气5种产物,计算各产物产率,分析结果表明,钾盐添加作用下,钾对热解存在主要影响,盐本身理化特性存在次要影响。利用气质联用仪(GC-MS)对重油和轻油进行分析,发现糖、苯类物质主要集中于重油,而醛、酮类物质主要集中于轻油,钾盐显著降低了糖类产物产率,增加了酮类、环烷烃类物质产率。利用X射线光电子能谱仪(XPS)对浸渍样、热解炭、焦含碳官能团进行分析,结果表明,热解后,热解炭与热解焦具有类似的含碳官能团分布,但热解炭中以芳香环中的C=C官能团为主,含氧官能团主要为羰基-CO-而热解焦中另外含有-COO-官能团。     

生物质热解制炭与制气一体化研究

在自行设计的管式炉上进行生物质热解制炭与制气一体化研究,对生物质种类和热解终温两个因素进行了实验和分析,得到了生物质热解过程中气体析出的规律和固体炭的产率。当以制炭和制气一体化为目的,在4种生物质原料中选用麦秆,热解终温选择500℃时,可以得到较大的固体炭产率和气体析出浓度。     

废橡胶和废纸热解过程NOx前驱体的生成

在固定床反应器中热解废橡胶和废纸,考察在不同热解终温和加热方式下NOx前驱体(HCN和NH3)的生成特性.研究结果表明,随着热解终温的升高,原料中的N转化为HCN和NH3的比例不断增加.以废橡胶为例,HCN和NH3的产率从400℃的0.5%分别增加到1000℃的7%和9%;加热方式对HCN和NH3的产率有明显的影响.实验条件下,非等温热解时,废橡胶在所有热解温度下HCN和NH3的产率均高于等温热解时的产率.     

热解温度对污泥热解半焦产率与特性影响的研究

利用固定床反应器对3种不同来源的污泥进行热解,研究了热解终温对污泥热解半焦产率、热值和比表面积的影响。研究结果表明：随着热解终温的提高,污泥热解半焦的产率逐渐降低;随着半焦中挥发分的减少和灰分含量的增加,半焦的热值降低;半焦的比表面积呈现先增加后降低的趋势,3种污泥在热解终温分别为900,800,700℃时获得的半焦比表面积达到最大值,分别为64．88,44．26,23．75m^2／g。     

固体废弃物热解半焦特性的研究

文中对固体废弃物热解半焦的化学成分及反应活性进行了研究，物料本身的性质、热解终温等将直接影响半焦产率、半焦中的C、H、N、S元素的残余量及半焦CO2的反应活性。另外，混合物料的半焦产率及组成与各组分单质物料在相同条件下热解半焦产率按组分比例的代数和大致相等。     

块状废轮胎固定床热解特性实验研究

国内外对于废旧轮胎热解的研究大多集中在对轮胎小颗粒的探索上,对于破碎成本较低的大块状轮胎的热解较少有人涉及.为了探究块状轮胎的热解特性,文章在外热式固定床热解炉上进行了不同热解温度下块状废轮胎热解特性的实验研究.结果表明:块状废轮胎热解产生的燃气成分主要为CH4,H2以及大分子烃类CnHm,且其燃气产率随热解温度的升高而增加.当热解温度高于550℃时,热解产物CnHm有二次裂解现象,热解产生的燃气具有较高热值;热解温度为600℃时,燃气热值可以达到26 MJ/m3;随着热解温度的提高,热解炭中挥发分含量减少,固定碳含量略有增加,热解温度对热解油及热解气产率影响明显.与小颗粒轮胎相比,块状轮胎热解气中小分子气体CH4,H2等含量相对较少,而大分子烃类含量相对较多.热解产物产率方面,热解炭和热解气的产率更大,焦油产率降低.     

水蒸气气氛下生物质热解制取富氢气体试验研究

以水蒸气为流化气在鼓泡流化床中进行木屑的热解特性研究,考察一些主要参数[如热解温度、生物质颗粒粒径、水蒸气/生物质(S/B)]对产气率和目标气体(H2,CO)产率的影响.试验结果表明,提高热解温度和降低生物质颗粒粒径有利于气体的产生;在热解过程中加入水蒸气,能提高气体产率,但是水蒸气的引入量有一个最佳值.本试验中产气率和H2,CO的产率都随着S/B的增加先上升后降低,适宜的S/B为2～2.5.     

不同热解温度下稻壳炭的理化特性分析

以稻壳为原料,分别在400,500,600℃条件下热解制备生物炭,通过工业分析和对粒径分布、炭得率、碘吸附值、亚甲基蓝吸附值等指标的测定,以及扫描电镜(SEM)的观察和红外光谱的分析,系统研究了热解温度对稻壳炭理化特性的影响。研究表明,随着热解温度的升高,稻壳炭中的小粒径颗粒所占比例增大;从其组成来看,炭得率和挥发分含量不断降低,而灰分和固定碳含量呈上升趋势。从碘和亚甲基蓝吸附值的变化和扫描电镜观察结果可以看出,随着热解温度的升高,稻壳炭的孔隙结构更为发达。红外光谱分析证实,随着温度的升高,稻壳炭中的官能团数量下降,种类逐渐减少,低温热解所获炭中各类官能团更为丰富。     

有机固体废弃物在固定床内热解的实验研究

通过对几种典型的城市有机固体废弃物的热解实验，为开展新的垃圾处理工艺提供基础研究。文中考察了不同工况下的有机固体废弃物的热解产物特性，分析了物料性质、热解终温、加热方式等因素对热解产物分布的影响。通过实验发现，热解终温是较重要的影响因素，同时物料的工业分析结果也是一个重要因素。     

快速外热式热解工艺对生物质热解产物的影响

焦油一直是生物质热解技术发展的瓶颈。文中研究了快速外热式热解工艺对生物质热解产物的影响。研究表明:快速外热式热解工艺可以有效地避免常规热解过程中出现的原料夹生问题,缩短从加料到开始热解的时间,减少温度上升期间焦油的产生;由于热解温度高,速度快,大分子芳香族化合物发生二次热解,支链断裂生成小分子的烷、氢等物质,提高了热解气的产率和热值;焦油中CmHn等较大分子通过热解和重整的方式变成生物质气,降低了热解产物中焦油含量;热解过程中,由于生物质炭中的芳香族化合物分解成小分子的烷烃、烯烃等进入生物质燃气中,剩余的主要是固定碳,所以生物质炭的产率较低,其它物相与灰烬的相同。     

稻壳连续热解特性研究

在自行研制的生物质连续热解反应装置上进行稻壳连续热解和二次裂解实验研究。随着稻壳热解温度的提高,炭产率降低,气体产率增加,液体产率先增加后减少;随着滞留时间的减少,炭产率、液体产率增加,气体产率减少。稻壳热解气以CO2和CO为主,且二者为竞争关系,热解温度提高,CO2产量降低,CH4、H2、C2H4、C2H6产量增加,CO的产率变化不大;滞留时间对热解气组分影响不大。二次裂解温度提高,裂解气中的H2、CH4、C2H4含量明显增加,二次裂解温度为800℃时,H2产率达到12%。稻壳500℃热解挥发物600℃二次裂解木醋液中醋酸含量高达49.44%,焦油中检测到的物质主要为丙酮和异丙醇。     

废轮胎中试回转窑热解炭特性分析

采用中试回转窑热解装置对废轮胎进行了热解研究，在450—650℃热解试验温度范围内，热解炭产率约为39%—44%。热解炭的工业及元素分析显示，热解炭中灰分含量高达10％以上；含量最多的金属元素是Zn和Fe；热解炭S含量2．2%—2．6％左右，轮胎原料中S元素约75%留在热解炭中，因此热解过程中排放出的气体硫化物很少。此外，探讨了热解炭孔容积分布和温度对比表面积的影响，在450—550℃，热解炭比表面积随热解温度升高而增大；温度继续升高，比表面积变化不大，在孔半径约为25nm处，热解炭比孔容积有最大值。     

原料种类及热解温度对生物质炭理化特性影响的试验研究北大核心CSCD

为探究生物质原料和热解温度对生物质炭理化特性的影响,文章分别对松子壳、油茶壳、木屑和稻壳进行连续热解试验,获得生物质炭产物。通过对生物质炭的产率、工业分析与热值、吸附值、孔隙结构及表面官能团等理化特性的全面表征,研究原料种类及热解温度对生物质炭理化特性的影响。研究结果表明:松子壳炭、油茶壳炭、木屑炭的热值均大于标准热煤的热值;原料的挥发分含量越高,生物质炭的产率就越低,原料的灰分含量与生物质炭的灰分含量的变化趋势相一致;当热解温度为500℃时,4种生物质炭均可以形成较丰富的中、大孔隙结构,但松子壳、油茶壳等硬壳类生物质炭的微孔更为发达;随着热解温度的升高,生物质炭产率不断下降,生物质炭所含官能团的种类发生变化,数量逐渐减少,孔隙数量也减少,生物质炭的吸附能力减弱。     

升温速率和水分含量对木屑热解过程和特性的影响

以木屑为研究对象进行热重分析试验,利用TG/DTG曲线分析了木屑热解的基本特性,包括热解区间、最大热解速率对应的温度、不同加热速率和水分含量对热解过程的影响.试验结果表明:木屑的失重过程主要由干燥、预热、挥发分析出和炭化4个阶段组成;随着升温速率的增大,TG和DTG曲线移向高温区,半焦产率降低;水分含量的增大在一定程度上促进了木屑热解反应的进行,使半焦产率升高.     

玉米秸秆颗粒热解制炭的试验研究

对玉米秸秆颗粒炭化温度对生物质炭的产率及质量的影响进行试验及分析研究,给出了不同炭化温度下玉米秸秆颗粒的产炭量、能源转化率和生产出炭的理化特性,找出了秸秆制炭工艺的最佳炭化温度条件。试验表明:玉米秸秆颗粒在300℃时即可完成炭化,炭的产率为55%,低位热值为21.3MJ/kg,挥发分为35.75%,提高热解温度时,炭的产率及热值均呈逐步下降的趋势。因此,对于简单的颗粒制炭设备,宜采用低温炭化工艺,以获得较高的秸秆炭产率。     

微波热解生物质废弃物的研究

利用微波热裂解生物质废弃物,使其转化为可直接利用的能源,是一种非常重要的处理工艺。运用自行研发的单模谐振腔微波设备对生物质废弃物进行热解反应试验,考察了微波功率、反应时间、含水率和物料粒径对木屑热解的影响,得到较优的反应工艺条件:微波功率为2.0 kW,反应时间为8 min,含水量为20%,物料粒径为0.5~0.8 mm。分析研究了固、液、气3种热解产物:固体产物(炭)的性质得到了改善;生物油主要是芳香烃类化合物和呋喃类化合物的复杂混合物;热解气体产物主要为CO,CO2,甲烷等,热值相对较高。     

淮南烟煤热解及焦油析出特性

采用热重-傅里叶变换红外光谱(TG-FTIR)联用和固定床反应器研究了惰性气氛下不同粒径、升温速率和热解温度条件下淮南烟煤热解特性.热解析出焦油采用柱层析分离成脂肪烃、芳烃、非烃和沥青质,结合气相色谱-质谱(GC-MS)联用分析.结果表明,粒径的增加导致煤热解失重量减少;升温速率的提高使峰值温度和燃尽温度均有所增加;随热解温度升高,半焦产率减小,气体产率增加,焦油产率先增大后减小,温度的升高导致焦油的二次反应,焦油族组成发生变化,脂肪烃和非烃减少,芳烃增加;焦油主要组分包含C16~C30直链烷烃,二环、三环、四环芳烃及其衍生物,以及各种酚类、酯类、喹啉等物质.