麦秆水热炭化水溶液循环对碳及水溶物分布的影响

以农业废弃物麦秆为原料,通过水溶液循环利用的水热炭化实验,对麦秆水热炭化过程中碳及水溶有机物主要组分浓度的分布进行了深入研究。结果表明:在220℃、120 min、液固比为30∶1的水热条件下,随水循环次数的增加,水溶产物产率及碳质量分数逐渐减少,水循环第6次以后,水溶产物产率和碳质量分数变化不大,分别约为15%和5%;水溶产物中还原糖、糠醛和5-羟甲基糠醛(5-HMF)的浓度均随循环次数的增加而减少,而乙酸浓度一直呈逐渐增加趋势,并催化了水热炭化反应,水循环第10次时,乙酸浓度达到18.32 g/L。     

生物质湿解腐殖化和液化产物特性分析

在小型湿解实验装置中,对草坪草和梧桐树叶进行不同温度下的湿解实验,考察两种生物质样品湿解固体、液体产物特性及形成机理。研究发现:停留时间为60 min时,在160~240℃的温度区间,随温度的升高,两种生物质样品固体产物含碳量增加,但碳固存率下降,200℃时,梧桐树叶较草坪草芳香化和炭化程度高;液体产物产率增多,进入液体产物中的碳份额增多,梧桐树叶较草坪草的液体产物产率和碳份额低;液体产物中还原糖、糠醛、5-羟甲基糠醛、5-甲基糠醛的浓度随温度的升高均呈先升后降的变化趋势,乙酸浓度逐渐增加;生物质湿解产物的形成过程,主要是其化学组分通过一系列的水解、缩聚和芳香化等共同作用的结果。     

污水污泥水热炭化处理研究进展

高含水率是制约污水污泥处理处置的关键因素之一。水热炭化(Hydrothermal carbonization,HTC)是处理高含水物料的有效手段。本文综述了污泥水热炭化机理,对水热炭化固体产物——水热焦(Hydrochar)的脱水干燥特性、燃料及燃烧特性、气化特性、氮磷元素的迁移转化机理、重金属迁移转化机理和典型污水污泥水热炭化工艺能量进行分析。基于吉布斯自由能最小化原理,研究了水热炭化温度和水热炭化时间对水热焦气化特性的影响,发现在200℃和30 min时,碳转化率和冷煤气效率分别达到93.9%和64.38%,水热焦气化特性最佳。最后指出,在污水污泥协同水热炭化、磷形态准确分析及定向转化、水热焦气化机理和耦合水热炭化的污泥气化/焚烧工艺能量、经济和环境评价等方面急待开展研究,最终为实现污泥的减量化、能源化和清洁化高效利用提供科学指导。     

锯末水热生物炭特征研究

以锯末(sawdust,SD)生物质为原料,采用水热炭化法在温度170、200、230℃,时间15、30 min下制备水热生物炭,分析水热生物炭的产率、能量产率、热值、元素组成、表面官能团、表观形貌、平衡含水率等变化等特征。工业分析、元素分析表明,温度是影响水热炭化的重要因素。锯末水热生物炭随温度的升高、时间的延长,C含量增大,O含量降低;生物炭产率、能量产率降低,热值增加。当温度为230℃,时间为30 min时,得到生物炭产率为68.78%,能量产率为78.27%,热值为21.57 MJ/kg。范式图、红外光谱分析显示,在低温短时炭化时,转化过程以脱水、脱羰基为主。扫描电镜显示水热炭化能破坏生物质微观结构,水热生物炭表面光滑,锯末在170、200℃炭化后有缝隙结构,230℃表面出现孔洞结构。平衡含水率结果表明,水热炭化能提高锯末生物炭的疏水性质,有利于生物炭燃料的保存利用。     

生物质水热过程中水热炭理化结构演变特性

为了解生物质水热炭化过程中水热焦炭的形成机制及其理化结构的演变机理,通过选择不同的原料、反应温度、时间等影响因素,利用高温高压反应釜,对生物质水热过程中水热炭的形成和理化结构演变进行系统分析,揭示水热过程中生物质的热分解机理。研究发现:原料不同其水热炭特性明显不同;木材和秸秆类生物质得到的水热炭有较高的产率和热值;虽然水生植物水葫芦所得到的水热炭产率较低,但其形貌最好,可作为一种新型的生物质炭材料,从而提高生物质资源的利用价值。反应温度和停留时间对水热转化均有明显影响,温度对焦炭的化学特性具有明显影响;而停留时间对焦炭的物理特性有明显影响。     

麦秆水热炭化及反应动力学的研究

以麦秆为研究对象,通过水热炭化实验和建立反应动力学模型(考虑灰分),对麦秆水热固体产物的炭化特性和反应动力学参数进行深入研究。结果表明:在200、220和240℃反应温度下,随着停留时间的延长,生物炭质量得率逐渐减少,至停留时间为720 min时,均接近50%;生物炭H/C和O/C物质的量之比逐渐减小,并越来越接近于泥煤甚至褐煤的H/C和O/C物质的量之比。热重分析表明:生物炭展现出较好的热稳定性。以考虑灰分的半纤维素和纤维素两个平行的一级反应动力学模型描述麦秆的水热降解行为,经计算分析,半纤维素和纤维素水热反应活化能分别为54和136 k J/mol。     

不同温度下反应溶液对麦秆水热碳化的影响

为了研究回收溶液中生物质的水热碳化过程和产物特性,在间歇式反应釜中,以麦秆为实验原料,麦秆水热反应溶液为溶剂,进行反应温度为160~240℃,停留时间为120 min的水热碳化实验研究。研究结果表明:同纯水作溶剂相比,回收溶液为溶剂时,随反应温度的升高,固体产物产率增加2%~5%,有序化和芳香化程度逐渐升高,热稳定性增强;液体产物中还原糖浓度从160℃时的7.572 g/L下降至240℃时的2.753 g/L,乙酸浓度从2.698 g/L增加至6.852 g/L,糠醛和5-HMF浓度变化幅度很小;乙酸的累积对水热碳化过程有催化作用。回收利用反应溶液有利于液体产物中碳的固存和反应强度的降低。     

水热处理对生物质成型炭理化性质的影响

棉秆(CS)及木屑(WS)经高压反应釜水热预处理后压制成型,并于固定床热解炉内进行炭化实验,利用电子万能材料试验机、热重分析仪等分析手段分析水热预处理对生物质成型炭的产率、物理性能(机械强度和表观密度)、热值及燃烧性能的影响。研究表明:随着水热温度的升高,生物质成型炭的产率增加且热值稳定,但燃烧性能变差;经水热预处理制得的生物质成型炭灰分产率均小于18%,固定碳产率均大于60%,满足欧标要求;随着水热温度的升高,生物质成型炭的表观密度及抗压强度均先增加后减小;对比所有实验样品,经230℃水热预处理制得的生物质成型炭(CS/WS-HT230-CB)物理性能及燃烧性能最佳,且均优于商用烧烤炭性能。     

基于能量产率的油茶壳水热炭化工艺优化

文章以油茶壳为原料,采用水热炭化技术制备水热生物炭,并分析了水热炭化温度、保留时间、固体物含量对水热生物炭的高位热值和能量产率的影响。以此为基础,采用正交试验优化了上述3个工艺条件对油茶壳水热生物炭的影响。研究结果表明:水热炭化温度为200℃,保留时间为30 min,反应体系中固体物含量为10%时,油茶壳水热生物炭的综合评分最好;此时油茶壳水热生物炭的高位热值为22.28 MJ/kg,能量产率为75.07%。燃烧热重分析表明,油茶壳水热生物炭的燃烧过程向高温区转移。研究结果可用于指导生产高热值、高能量产率的油茶壳水热生物炭,可为油茶壳的利用提供参考。     

桂圆壳水热焦结构和热力学特性分析

以桂圆壳为原料,通过水热碳化实验结合元素、傅里叶红外光谱分析和热力学特性参数计算,深入研究其水热焦结构演变和热力学特性。结果表明:在反应强度参数lgR_0为4.72～7.98时,水热焦产率和氧元素质量分数逐渐减少,而液体产物产率和碳元素质量分数逐渐增加,生成焓EF、高位热值HHV、低位热值LHV和化学CE有所增加,当lgR_0为5.92～7.10时,各参数变化较为明显,lgR_0为7.10时,水热焦和液体产物产率分别为42.30%和43.57%,碳和氧元素质量分数分别为68.44%和17.80%,O/C原子比0.2,EF和CE分别为-1.58 MJ/kg和31.00 MJ/kg,HHV为30.02 MJ/kg,如以碳化为主,反应强度参数lgR_0可控制在约7.10。     

豆制品废水同荷叶水热碳化对水热焦特性的影响

为研究豆制品废水协同荷叶水热碳化对水热焦特性的影响,将豆制品废水与荷叶按两者不同干基固体质量比均匀混合,在200℃、10 h、液体与总干基固体质量比为10的条件下进行水热碳化,分析所获水热焦的理化特性。结果表明,同荷叶单独在纯水中水热碳化所得水热焦相比,豆制品废水同荷叶水热制得的水热焦产率有所下降,C和N质量分数有所增加,O质量分数有所减少。豆制品废水中干物质与荷叶干基质量比从1增至5时,水热焦产率从34.05%下降至31.00%,C质量分数从58.78%增至66.74%,O质量分数从26.15%降至16.23%,而N质量分数均约为3.60%,为其作为电极材料应用提供了有利条件,但豆制品废水中干物质占比增加时,并未明显增加水热焦中N元素质量分数,同时降低了石墨化程度,豆制品废水中干物质与荷叶干基质量比以不超过3为宜。     

典型病死畜禽水热转化特性研究

为了解水热参数对病死畜禽水热转化特性的影响,文章研究了不同反应温度下3种典型病死畜禽水热液化产物的理化特性。研究结果表明:反应温度对水热产物的产率影响显著,随着反应温度的升高,3种畜禽液体产物的产率均先升高后降低,固体产物的产率均不断降低,气体产物的产率均不断升高;畜禽体内的脂肪在低温下就开始发生水解,而蛋白质在较高温度下才开始水解;大部分水解产物会发生二次反应,使得液体产物中富含酯类、羧酸类、酰胺类、烷烃类和烯烃类物质,反应温度越高,液体产物的成分越复杂;液体产物中含有较多的长链烷烃,这些长链烷烃具有较高的热值,液体产物经过提纯后在液体燃料领域有广阔的应用前景。     

稻秆水热碳化过程中碱(土)金属的迁移

以稻秆为原料,通过水热碳化实验结合电感耦合等离子体发射光谱仪分析及结渣、沾污指数计算,深入研究稻秆水热碳化过程中碱(土)金属的迁移特性。结果表明:在反应强度lg R0为3.85~8.27区间,水热焦产率从60.8%降至35.6%,液体产物产率从32%增至53.2%,如以碳化为主,lg R0不宜超过6.5;水热焦中碱(土)金属残留率逐渐减小,至lg R0为8.27时,K、Na残留率分别为3.6%和6.6%,Mg、Ca残留率最低分别为49.7%和77.1%,而Si残留率从68.8%增加为74.6%,灰分残留率先增大后减小,最低为66.76%;稻秆水热焦结渣和沾污指数远低于参考标准,结渣和沾污行为得到有效改善。     

木质生物质定温热解炭化特性研究

在自制大型热重实验平台上,进行了不同温度下松木颗粒的定温炭化热重实验,探讨木质生物质在不同温度下的炭化反应规律,并得到反应动力学参数.对炭化产物进行燃料特性分析,研究炭化温度对炭化产物特性的影响.结果表明:当炭化温度高于250℃时,所得松木炭燃料特性接近烟煤,进一步提高炭化温度后,其燃料特性逐渐接近无烟煤;当炭化温度超过650℃后,炭化过程中会发生一部分气化反应;生物质定温炭化过程中,随着反应程度的深入,反应动力学参数发生变化,表现为反应级数逐渐增大,表观活化能和相应的频率因子逐渐减小.     

流化床生物质快速裂解制液体燃料

在流化床反应器内进行生物质快速裂解制液体燃料的研究，实验装置包括加热、反应、分离和控制等部分。设计生物质最大处理量为5kg/h。反应在常压和420－525℃的温度范围内进行，以木屑为生物质原料，以二氧化碳为流化气，石英沙为加热介质。在适当的裂解条件下液体产率可达70％，气体和焦的收率均为15％左右，研究了反应温度，流化气流量，固体进料速度等对气液固产率及产物气体组成的影响。     

K2CO3浓度和保温时间对秸秆水热产物特性的影响

以水稻秆和玉米秆为原料,开展不同K2CO3浓度和保温时间下的水热炭化试验,研究秸秆水热炭和液体产物的理化特性.结果表明,随着K2CO3浓度的增大和保温时间的增加,水热炭产率从35.65％降至22.86％,气体产率从4.68％增至13.03％;液体产物的产率、pH值、电导率、NH4+-N浓度增大,PO43--P浓度减小;...     

餐厨垃圾制生物煤试验初探

文章以校园餐厨垃圾为原料,以水热炭化的方法处理餐厨垃圾,对得到的水热炭化固体产物生物煤的特性参数进行测定,得出生物煤的热值及灰分均达到GB/T 17608-2006精煤的一级标准。通过3水平3因素正交试验,对水热炭化工艺条件进行优化,得到影响因素的主次顺序为温度pH反应时间,合适的工艺条件为180℃,pH为4,反应时间为3 h。在温度160~220℃范围内,随着反应温度的增高,生物煤的热值增加,而其转化率则是先增高,后趋于平缓,最后急速下降。在优化工艺条件下对餐厨垃圾进行水热炭化,得到生物煤热值为30.18 MJ/kg,转化率为54.08%。对餐厨垃圾及优化条件下得到的生物煤进行元素分析,得出经过水热炭化后,碳的质量百分含量从49.00%提高到65.93%,而氧元素的质量分数降低了17.98%。同时,水热炭化改变了餐厨垃圾的极性及芳香性。     

麦秆酶解残渣热解特性及动力学分析

对比分析了麦秆及其酶解残渣的基础物化特性,利用热重−红外联用技术研究了酶解残渣的热解反应过程及其主要气体产物的析出特性,并用混合反应模型计算了酶解残渣热解过程的表观动力学参数。结果表明,麦秆酶解残渣是一种富含木质素的高灰分、低热值的生物质原料,与麦秆原料相比,其热解过程相对平缓,主要失重温度区间为200℃ ~ 800℃,最大失重峰为350℃,与木质素的热解特性相近;提高升温速率可以使酶解残渣热解反应剩余产物质量明显减少,最大失重速率提高;热解主要气体产物中CH4析出的温度区间为400℃ ~ 700℃,CO和CO2在380℃、450℃和650℃都存在析出峰。动力学分析结果表明,酶解残渣热解过程在低温区（200℃ ~ 350℃）和高温区（350℃ ~ 800℃）分别遵循一级和二级反应动力学规律。     

生物质热解的TGA-FTIR分析

基于TGA-FTIR联用技术,在线分析研究稻壳、稻秆及麦秆3种典型生物质在不同升温速率下的热解特性.分析生物质种类及升温速率对生物质的热解动力学参数及热解产物的影响.研究表明:由于生物质组成不同,其热失重特性也不同,生物质热解反应的活化能较低,为40～60 kJ·mol-1;红外分析表明试验用生物质热解过程中产物的析出规律相似,热解初始阶段先析出游离水,随后发生解聚和脱水反应,生成各种烃类、醇类、醛类和酸类等物质.随后,这些大分子物质又二次降解为一氧化碳为主的气体产物.     

生物质制备燃料炭实验研究

利用管式固定床炭化装置对棉秆、木屑和竹屑进行炭化实验,利用工业分析仪、快速量热仪和热重分析仪对炭化实验制得的生物质炭进行分析,用木炭和烧烤炭质量指标评价生物质炭质量,用着火温度、燃尽温度和综合燃烧特性指数S评价生物质炭燃烧特性。结果表明:随着炭化温度的升高,生物质炭产率和干基挥发分产率减小、干基固定碳产率增大,相应的变化速率减小;着火温度和燃尽温度随着炭化温度的升高而升高,S值减小;相比木屑炭和竹屑炭,棉秆炭的燃烧特性最好。对比生物质炭与木炭和烧烤炭的燃烧特性和炭质量发现,木屑和竹屑可用于生产木炭替代品,棉秆可用于制作烧烤炭,500℃为棉秆制备烧烤炭的最佳炭化温度。