酸洗预处理对生物质热解焦物理化学特性的影响

选用松木、杨木、玉米秸秆和稻壳4种生物质为原料,采用3%（体积分数）乙酸溶液进行洗涤除灰后,进行快速热解实验,对比研究酸洗预处理对4种生物质热解焦物理化学特性的影响。结果表明：乙酸酸洗可有效去除松木、杨木、玉米秸秆和稻壳灰分中的大部分无机元素,从而促进热解过程中挥发分的释放、显著改善热解焦的表面化学特性。酸洗可促进热解焦孔隙结构的形成,提高比表面积和总孔容积,但会使平均孔径减小,这表明酸洗主要提高微孔率,对微孔的形成有较大的促进作用。同时,酸洗使得更多的含氧官能团保留在生物质热解焦表面,这种影响对玉米秸秆和稻壳尤为明显。气化焦油的吸附实验结果表明酸洗后热解焦的吸附能力有所增加。     

海藻热解动力学特性研究

选取江蓠、麒麟菜和马尾藻三种海藻为研究对象,进行热解特性研究.在升温速率分别为10℃/min、20℃/min和30℃/min, 反应终温为700℃的条件下,分别对热失重曲线和失重速率曲线进行分析,考察升温速率、反应温度等对海藻热解过程的影响,建立海藻热解的反应动力学模型,计算出江蓠、麒麟菜和马尾藻的平均活化能分别为156.1 kJ·mol-1、75.0 kJ·mol-1和119.6 kJ·mol-1.     

不同作物秸秆热解及其差异性分析

以水稻、小麦、玉米、棉花、油菜5种农作物秸秆为研究对象,采用管式炉对其进行热解实验,探讨热解产气量的差异性。实验结果表明在5种生物质秸中,油菜秸热解产气率为0.28 L/g,热解产物中的CO和H2气体含量分别为31.6%和26.3%,原料热值与热解燃气中可燃气体的低位热值分别为12345.84 kJ/kg和10.51 MJ/m3,5项值在5种秸秆中均为最高。5种秸秆样品的SEM照片显示其表质层分布和筛管结构形状、大小均不相同;样品的C元素含量、O/C原子比率及颗粒结构的差异会影响其热解产气总量与产物中CO气体含量。     

对CFB燃烧_煤热解多联产工艺过程的开发

在处理量为1kg煤的间歇式固体热载体热解装置上,以高挥发份烟煤为原料,石英砂作热载体,进行热解特性评价实验。结果表明,提高混合热解温度,气体产率有所增加。温度高于560℃时焦油产率可达9%(wt)～11%(wt)。通过模拟炉前低温干馏过程,以高硫的坪石煤为原料,发现循环灰具有明显的固硫作用,热解产生的大部分气相硫被固定在灰中。同时,结合实验室前期的研究结果以及正在进行的多联产中试试验,对CFB燃烧/煤热解多联产工艺过程开发中的关键技术问题的解决方案,如组合式U型返料器开发、反应器压力的控制方式、体系平衡关系的建立等进行了探讨。     

木质素热解制备焦炭的试验研究

利用管式炉热解装置在不同温度下对工业废弃的木质素进行热解制备焦炭的试验研究,对热解焦炭的产率和各项指标进行了分析。结果表明:当热解温度从300℃升高至700℃时,焦炭产率从72.94%下降至39.79%;焦炭中固定碳含量不断升高,热值从29.19 MJ/kg逐步升高至31.62 MJ/kg;当热解温度从300℃升高至600℃时,焦炭的比表面积从0.47 m2/g迅速升至13.63 m2/g,碘吸附值由185.51 mg/g增大到320.64 mg/g,而随着热解温度继续升至700℃时,焦炭的比表面积和碘吸附值迅速降低。因此,热解温度有利于焦炭品质和吸附性能的提高,但过高的热解温度会对焦炭的吸附性能起到一定的抑制作用。     

城市生活垃圾热解焦对热解焦油的影响

为研究城市生活垃圾热解焦对城市生活垃圾热解焦油的影响,采用固定床对添加不同比例的城市生活垃圾热解焦的城市生活垃圾进行热解实验。实验结果表明:未添加热解焦时,城市生活垃圾热解焦油产率为38.38%;当热解焦添加比例为30%时,焦油产率为31.79%,焦油中的O/C由0.20下降到0.10,焦油热值由30.24 MJ/kg升高到35.81 MJ/kg;当热解焦添加量超过30%时,热解焦对热解焦油品质的改善作用减弱。利用GC-MS对热解焦油分析发现,热解焦添加比例为30%时,热解焦油中醇类和羧酸类分别下降了19.18%和13.73%,酯类和脂肪烃类分别增加了27.69%和5.63%。热解焦明显改善了热解焦油的品质,实现了一定程度的轻质化。     

焙烧温度对球状Ni-Al纳米催化剂结构及生物质催化热解的影响研究

采用水热法制备三维Ni-Al纳米结构催化剂,并利用多种表征手段和稻壳催化热解实验研究焙烧温度（500~800 ℃）对催化剂的整体结构及催化性能的影响。结果表明：催化剂为球状结构,活性位点分布均匀,焙烧温度对材料结构有显著影响,800 ℃焙烧条件下球状结构有向内塌陷的趋势。相较于无催化条件下的稻壳热解产物,催化热解后焦油产率明显减小,产气量大幅提高。500 ℃焙烧制备的Ni-Al催化剂作用条件下,稻壳热解气体产物中H₂/CO最大可达2.66,600 ℃焙烧条件下可获得最大合成气产量737 mL/g,而700 ℃焙烧条件下可获得最低的焦油产率（13.5%）。材料表征发现,反应后的催化剂仍具有稳定的球状结构与活化性能。     

生物质中K+、Ca2+对热解的影响及机理研究

为了研究K 、Ca2 对纤维素生物质热解的影响,利用热重—傅立叶红外(TG—FTITR)研究了通过室温水洗涤6、0℃热水洗涤以及0.5%硝酸洗涤方法等预处理玉米秸秆后的热解逸出特性。3种预处理方法的分析表明,不同的预处理方法对玉米秸秆结构及化学组成没有影响;酸洗好于水洗,能完全脱除K ,脱Ca2 为78%,水洗只能脱除K ;Ca2 、K 的脱除程度越深,焦残余量越少。预处理物料和原料的热解实验表明,K 、Ca2 在热解中起着明显的催化作用,促使玉米秸秆转化形成更多的羰基化合物、CO2和H2O。无K 、Ca2 等离子时,热解明显向形成含C-O-C基团等单键化合物转化,并促使液体产率增多;CO与CH4逸出几乎不受K 、Ca2 的影响。最后,从金属离子与生物质结合形式,解释了金属离子影响纤维素生物质热解的机理。     

热解温度对依兰煤热解特性的影响分析

本论文在处理量为2.5 kg/h的热解实验装置上,分别以两种烟煤和一种油页岩为原料,考察了热解温度对热解产物产率、组成和性质的影响规律。实验结果表明,当反应温度分别为481℃、514℃、519℃时,六级煤、油页岩、造气入炉煤的焦油产率依次达到最高,产率分别为13.58%、12.54%、4.23%;在实验温度范围内,随着温度的升高,气体产率不断增加,且气体组分不断变化。     

沼渣热解动力学、热力学分析及热解产物特性研究

采用热重分析（TG）分析沼渣的热解特性,研究沼渣的热解动力学并计算指前因子A、焓变ΔH、吉布斯自由能ΔG、熵变ΔS等热力学参数。进一步考察温度对沼渣热解产物分布与性质的影响。其热解过程可分为3个失重阶段,其中第2阶段为主要失重阶段,采用Flynn-Wall-Ozawa（FWO）法、Friedman法和Kissinger-Akahira-Sunose（KAS）法计算的平均活化能分别为410.00、471.32和420.01 kJ/mol,热力学参数计算结果表明沼渣热解过程具有稳定的能量输出。沼渣热解油的产率随温度上升先增加后降低。气体产物的高位热值（HHV）从400 ℃时的6.82 MJ/Nm³增加到700 ℃时的8.54 MJ/Nm³。红外光谱（FTIR）、拉曼（Raman）光谱表明热解温度升高生物炭结构的有序性增加。     

应用裂解气相色谱对生物质快速裂解规律的研究

将现代化学分析领域中使用的分析方法－裂解气相色谱法用于对生物质杨木和稻秆的快速裂解的研究中，并依据动力学的研究方法，建立了较为系统的裂解产物分析方法，考察了裂解温度，物料升温速率对产物分布的影响，在裂解温度450℃，升温速率500℃／s，挥发性组分停留时间0.9s下分别获得了质量百分比77％（杨木原料），65％（稻秆原料）的最大产液率，物料平衡的结果证明了裂解色谱研究方法行之有效，具有简单，投资少，快捷的优点，可用于生物质快速裂解的基础研究。     

玉米秸秆热裂解试验研究

在热天平分析玉米秸秆热失重行为基础上,利用气相色谱仪分析研究了玉米秸秆在热裂解过程中热解气的组分。分析结果表明:随着温度升高,气体产物中氢气、甲烷的含量增加,二氧化碳、一氧化碳的含量却减少。结合玉米秸秆的化学组分从分子微观结构角度对玉米秸秆热裂解过程进行了分析。     

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。     

生物质快速热解制取生物质油

根据浅床层鼓泡流化床的特点以及生物质的热解特性,研制出生物质快速热解的流化床热解反应器,并进行生物质快速热解制取生物质油的试验研究。通过定量给料研究不同温度、不同流化气流量对热解产物的影响规律。试验得出生物质油的产率达65%(kg/kg),并对产出的生物质油用色质联机进行成分分析得出生物质油的主要成分,通过热重分析得到了生物质油的热解特性。     

农林生物质废弃物的热重实验研究

利用TGA对甘蔗渣、花生壳、谷壳、松木屑等4种农林废弃物进行热重实验研究,并建立了生物质热解反应的表观动力学模型.实验研究发现:甘蔗渣的DTG曲线不同于其他3种生物质的DTG曲线,它呈现出两个明显的双峰形状.对于甘蔗渣,由于其DTG曲线的双失重峰,其动力学模型在低温段的反应级数为2.5,高温段则为1.5;其他3种生物质的热解动力学模型的反应级数为2.5.     

玉米秸秆热解反应动力学的研究

利用热重分析法(TG)对粒径为0.28~0.60mm的玉米秸秆在5、10、20、30℃/min 4种不同升温速率下的热解反应动力学进行了研究。结果表明,秸秆的热解过程分为4个阶段,主要反应阶段在287~400℃之间,随着升温速率的增加,主要反应区间略有增加。Ozawa法计算出的玉米秸秆活化能(E)值在153~160 kJ/mol范围内,KAS法得出的玉米秸秆活化能集中在147~157 kJ/mol之间。用微分法Achar方程、积分法Coats-Redfern方程,将41种常用的固体反应动力学机理函数一一代入,再根据热分析动力学三因子求算的比较法得出玉米秸秆热解过程符合Mampel Power法则,并给出机理函数的微分形式和积分形式,反应级数为2,本研究为生物质热解装置的设计及参数优化提供了科学依据。     

几种生物质热解反应动力学模型的比较

为了选择一个合适的生物质快速热解液化计算模型，分别对R．S．Miller模型和A．M．C．Janse模型进行分析和编程；在低升温速率下，将两种模型预测结果和小麦、玉米秸秆在热分析仪上的热解实验结果进行了对比；在高升温速率下，将这两种模型预测结果和由实验数据得出的平行一级反应模型预测结果进行了对比。对比结果表明：与A．M．C．Janse模型相比，R．S．Miller模型和热解实验较吻合，和平行一级反应模型预测结果相似，而A．M．C．Janse模型和实验及平行一级反应模型差别较大。对玉米、小麦秸秆快速热解液化进行计算时，建议选用R．S．Miller模型。     

生物质气流床气化的热解前处理工艺

考察了热解作为生物质气流床气化前处理工艺的可行性,热解温度对气、液、固3种形态产物的产率和各方面的性能有不同程度的影响。通过半焦的电镜图片分析,证实了热解后生物质的多孔结构比较明显,使其有一定的吸附能力;通过元素分析比较了原料和热解产物中各元素含量的差别,说明热解可以显著提高半焦中碳元素含量,降低半焦中氧元素含量;考察了热解气中各组分在不同温度下的变化规律;通过原料和产物的热值比较,证实了热解可以显著提高气化原料的热值,为下一步的气化反应提供了有利条件。     

生物质热解过程吸热量

对生物质热解过程吸热量(生物质升温所吸热量和生物质热解所吸热量的和)的研究现状进行了总结分析,认为目前采用的分别选取生物质热容cp和热解反应热Qp用公式来计算热解过程吸热量的方法很难得出准确的结果。通过对同步热分析仪(STA)的分析和对差热曲线(DSC)的研究,将cp和Qp综合考虑,对实验所得DSC曲线进行处理和积分得出热解过程吸热量的规律。在Netsch STA 449C上对小麦秸秆、棉杆、花生壳和白松进行了实验研究和分析。结果表明:将1kg上述干生物质从初始室温303K升到主要热解反应完成的温度673K,所需提供的热量分别为523kJ4、59kJ、385kJ、646kJ,为生物质热解工艺的能量平衡分析和经济性分析提供了参考。