生物质气合成二甲醚实验研究

采用水蒸汽气化木屑制备生物质气,在下游的重整反应器内,通过两段催化重整焦油,焦油裂解率高得96.70%.在双功能催化剂JC207/HZSM-5催化剂上,对生物质气合成二甲醚进行了实验研究.利用原生物质气以及脱碳生物质气考察了不同温度、压力和空速对合成二甲醚的影响.结果表明,在260℃,4 MPa、2400 L/(kgcat·h)条件下,原生物质气的CO单程转化率达到67.95%,单位质量催化剂的最大二甲醚时空收率0.338g/(gcat·h).脱碳生物质气的CO单程转化率达到75.52%,单位质量催化剂的最大二甲醚时空收率0.583g/(gcat·h).     

生物质合成甲醇的热力学性质研究

采用热化学方法,将玉米秸秆裂解为生物质燃气,制备出甲醇合成气;在C301铜基催化剂的作用下,在直流流动等温积分反应器中,对玉米秸秆合成气催化合成甲醇进行了试验研究.运用SHBWR状态方程,计算了加压下秸秆合成气合成甲醇反应体系的密度及状态方程参数;在一定温度和压力条件下,计算了不同组成秸秆合成气合成甲醇反应体系的总反应热△HT P、平衡常数Kf1、Kf2、Kp1、Kp2及平衡体系各组分的浓度,为生物质(秸秆)气催化合成甲醇工业设备的设计提供了基础研究数据.     

百吨级生物质合成气合成二甲醚中试系统设计及运行分析

该系统以农业废弃物玉米芯经富氧气化制备的低H_2/CO合成气为气源,采用固定床一步法合成二甲醚工艺,高效生产DME产品.运行结果表明,在空速为650h~(-1)和1200h~(-1)时,CO单程转化率分别为82.00%和73.55%.DME选择性分别为73.95%和69.73%,DME时空产率分别为124.28kg/(m~3·h)和203.80kg,(m~3·h).生物质合成气的深度脱氧和脱焦油是保证合成系统稳定运行的关键.合成尾气H_2/CO较高,经脱CO_2后循环利用可大大提高DME的产率.     

多联产系统中合成气一步法制取二甲醚的热力学分析

二甲醚具有良好的物理化学性质,市场前景广阔,合成气一步法制取工艺因其成本低而受到普遍关注,而多联产系统联产二甲醚可有效降低初投资。构建了合成气一步法制取二甲醚工艺的化学平衡计算模型,研究了在多联产系统中反应温度、压力和原料气配比对二甲醚平衡产率的影响,得到的优化温度为220~260℃,压力为4~6M Pa,使得二甲醚平衡产率取极大值的H2/CO<1,对于晋城9#无烟煤产生的合成气,优化H2/CO是0.75~0.8。     

CuO-ZnO-Al_2O_3/蒙脱土催化二氧化碳加氢合成二甲醚

采用盐酸酸化的蒙脱土负载共沉淀法制备的CuO-ZnO-Al2O3,制备了CuO-ZnO-Al2O3/蒙脱土催化剂,用BET、FT-IR和XRD对催化剂结构进行了表征,并在固定床微型反应器中研究了其对二氧化碳加氢制备二甲醚的催化活性,在反应混合气空速为1 600 h-1,蒙脱土∶CuO-ZnO-Al2O3=3∶7(质量比)的条件下,测定了酸化浓度、反应温度、压力和H2/CO2体积比对催化活性的影响。结果表明,用1 mol/L HCl酸化蒙脱土,反应温度为545K,反应压力为3 MPa,H2/CO2体积比为3时,CO2的单程转化率达到26.5%,二甲醚的选择性和收率分别为16.7%和4.4%,甲醇和二甲醚的总收率达到15.7%。     

生物质热解气化制备二甲醚合成气的灰关联分析

通过制备二甲醚合成气的生物质慢速热解气化实验,得到了热解气化炉中主要可调节参数热解温度、进料速率等与生物质热解气中H_2、CO等含量的数据.利用灰色关联方法,分析了主要可调节参数与生物质气中H_2、CO含量及H_2/CO比值的关系.结果表明:热解温度对生物质气中心、CO含量及H_2/CO比值的影响最为明显(其关联度为(0.705,0.760,0.641)),进料速率次之,罗茨风机抽气速率最弱;CO含量受3个主要可调节参数的影响最为明显(其关联度为(0.760,0.628,0.709)~T).根据该实验制备H_2/CO比值接近2的二甲醚合成气的目标和灰关联分析结果,提供了增大H_2/CO比值的方法.找出了热解气化炉中的可调节参数中影响生物质热解气体产物H_2、CO含量的主要参数,为生物质热解气化合成二甲醚中制备较高含量的H_2、CO及合适H_2/CO比值的合成气提供了前提条件.     

串行流化床生物质气化合成二甲醚的模拟

以稻秸秆为研究对象,利用Aspen Plus软件建立了串行流化床生物质气化制取合成气合成二甲醚（DME）的模型,研究了不同气化温度、水蒸气与生物质的质量比（mS/mB）、DME合成温度、合成压力、吸收塔操作压力及吸收剂与DME的配比（nA/nD）对合成工艺的影响.结果表明：对于采用串行流化床生物质水蒸气气化技术制取DME的一步法合成系统,建议气化温度取750℃左右,mS/mB取0.3,DME合成温度取260℃,合成压力取4MPa,用水作吸收剂,吸收塔的操作压力控制在3～4MPa,nA/nD取0.5;在此工况下,1kg生物质（干燥基）所能产生的二甲醚物质的量约为6.1mol.     

CaO在生物质定向气化条件下的高温CO_2吸收特性

生物质定向气化可以制备富氢燃气和一定化学当量比的合成气(用于合成醇、醚等),同时有效地减少温室气体排放,是一种可持续的清洁能源转化技术。文章基于生物质定向气化这一背景,结合实际工业生产,采用TG/DTA系统对生物质定向气化条件下CaO吸收CO2的特性进行了研究。实验结果表明:升温速率由10℃/min增加到50℃/min,CaO变温吸收CO2的反应都在800℃左右达到吸收与煅烧平衡,且CaO转化率随升温速率增大而减小;CaO转化率和质量变化速率随CO2浓度增加而增大,根据反应平衡时CO2浓度与温度的关系拟合出CO2平衡分压公式为RCO2,eq=1.16×108exp-21!399/T";CaO恒温吸收CO2的最终转化率随吸收温度的升高先增加后减小,生物质定向气化中CaO吸收CO2的最佳温度为700~750℃;循环吸收实验中CaO转化率随循环次数增加而减小。     

生物质催化气化合成甲醇

生物质合成甲醇是CO2零排放的能量转换技术，避免了由于燃烧化石能源带来的温室气体效应问题。文章对生物质合成气的制备、净化、化学当量比调整等技术进行了介绍和分析，对生物质合成甲醇的经济性和前景进行了分析评价。     

废气再循环对二甲醚/甲醇均质压燃燃烧过程影响的试验研究

在单缸柴油机上进行了冷却废气再循环(EGR)对二甲醚(DME)/甲醇均质压燃(HCCI)燃烧过程影响的试验研究。结果表明,EGR对拓宽二甲醚/甲醇HCCI发动机的最大负荷作用不大;随着EGR率增大,主燃烧开始时刻和放热峰值明显后移,主燃烧持续期延长,放热峰值降低。EGR率为25%时的最大爆发压力比没有EGR时降低了近1.3 MPa,最大爆发压力出现的位置推迟了7°CA;EGR率增大,二甲醚/甲醇HCCI发动机的指示热效率升高。对应给定的EGR率,存在一个热效率较高的DME比例区间;HC和CO排放随EGR率的增大而增加,随DME比例的增加而降低,NOx排放接近于零。控制EGR率和DME比例是控制二甲醚/甲醇HCCI发动机燃烧过程、性能和排放的关键。     

生物质气化合成燃料的绿色化学效应分析

对生物质原料特性及其应用进行了分析，并通过生命周期法（LCA）对生物质和煤气化合成二甲醚燃料的过程进行对比评价。与煤相比，以生物质为原料，每生产1kg二甲醚，可减少排放924．11gCO2，25．01gNOx，70．93gSOx，痕量金属排放量也大大减少。     

二甲基醚/天然气双燃料均质压燃过程详细化学反应动力学数值模拟研究(Ⅰ)--二甲基醚反应机理研究

应用零维详细化学反应动力学模型对二甲基醚均质压燃燃烧反应机理进行了数值模拟研究。结果表明二甲基醚放热反应为典型的双阶段放热反应，经历低温反应、负温度系数区域和高温反应三个过程．高温反应又分为蓝焰和热焰两个阶段。二甲基醚自燃着火由过氧化氢(H2O2)分解所控制，甲醛(CH2O)是过氧化氢的主要来源。基于化学敏感性分析．得到了均质压燃二甲基醚反应的主要途径：首先是二甲基醚脱氢，经过两次加氧后得到甲醛基；然后生成甲酸基(HCO)；最后生成一氧化碳(CO)。在二甲基醚的氧化反应过程中，氢氧根(OH)发挥着重要的作用，它是二甲基醚脱氢反应和CO氧化过程中的主要自由基。     

洁净燃料二甲醚的制取方法

基于二甲醚作为清洁能源代用燃料的目的，对二甲醚的特性进行了介绍，并阐述了二甲醚的合成方法、所涉及的催化剂以及合成反应器，最后提出了生物质高温裂解气作为合成气气源以制取二甲醚的思路。     

二甲醚均质压燃燃烧过程的试验研究

在一台单缸直喷柴油机上进行了二甲醚(DME)均质压燃(HCCl)燃烧过程的试验．研究结果表明，进气中加入30％的惰性气体CO2,发动机实现HCCl运转的负荷范围从0．05MPa扩展到0．35MPa．二甲醚在HCCl模式下表现出明显的双阶段着火特性，增加惰性气体的浓度，第一阶段着火始点滞后，燃烧放热峰值降低，燃烧持续期延长．排放测试表明，HCCl模式下发动机的NOx排放接近于零，可实现无碳烟排放，但CO和HC排放较高．     

二甲基醚/天然气双燃料均质压燃化学动力学数值模拟

使用零维详细化学反应动力学模型，研究了二甲基醚和天然气双燃料均质压燃燃烧的化学反应动力学过程，缸内压力计算值和实测结果相当一致，计算结果表明，双燃料燃烧过程分为低温反应和高温反应两个阶段，低温反应主要是二甲基醚燃烧氧化，而高温反应主要是天然气的氧化，低温反应二甲基醚生成了大量自由基加速了天然气的燃烧反应．混合气初始温度升高，放热率增大，燃烧持续期缩短；二甲基醚浓度主要影响低温燃烧过程，天然气浓度则主要影响高温燃烧过程；惰性气体(CO2)使燃烧反应推迟，燃烧反应速率降低．通过控制二甲基醚、天然气和惰性气体浓度可以有效控制均质压燃燃烧过程，拓宽运行范围。     

DME/LPG燃料比例实时优化的HCCI燃烧控制新方法

根据燃料设计的思想,提出了混合燃料比例实时优化的HCCI燃烧控制新方法。在一台2135柴油机上,通过燃料成分设计（DME／LPG混合燃料）、混合气成分设计（进气添加二氧化碳）、发动机参数调整（改变压缩比）等多种模式对二甲醚HCCI燃烧进行了研究和比较。试验结果表明,在不同工况下实时进行DME／LPG比例优化,通过改变燃料的理化特性和可燃混合气的成分,实现了HCCI着火与燃烧的有效控制,能够显著拓展二甲醚HCCI燃烧的运行负荷范围,并且各个工况下热效率最高、HC和CO排放最低。     

Evaluation of the thermodynamic equilibrium of the autothermal reforming of dimethyl ether

In the present study, a thermodynamic analysis of the autothermal reforming of dimethyl ether (DME) for the production of hydrogen was carried out. The results clearly indicated that the carbon formation behavior, the boundary conditions between coke-free and coking regions, and the equilibrium composition of the reformate were dependent on the steam/DME ratio, O₂/DME ratio, temperature, and pressure of the system. For instance, carbon formation was effectively suppressed as the steam/DME ratio increased from 0 to 5, the O₂/DME ratio increased from 0 to 3, or the temperature rose from 100 to 1000 °C. In contrast, carbon formation was enhanced as the pressure was increased from 0.5 to 10 atm. The boundary temperature of coke-free operation decreased with an increase in the steam/DME and O₂/DME ratios. More specifically, at a steam/DME ratio of 3-5 and an O₂/DME ratio of 0-3, the boundary temperature ranged from 50 to 280 °C (when CH₄ formation was promoted) and 380 to 670 °C (when CH₄ formation was suppressed), respectively. Furthermore, at elevated temperatures, H₂ and CO formations were enhanced, and CH₄ formation was inhibited. The addition of steam enhanced H₂ production while reducing CO formation. On the contrary, an increase in the O₂/DME ratio reduced H₂ production while enhancing CO formation. Interestingly, the desired temperature for thermo-neutral condition, in which energy consumption was zero, can be achieved by correctly controlling the O₂/DME and steam/DME ratios.