浒苔热裂解制取生物油的试验

为了解决化石燃料短缺以及沿海浒苔过度繁殖所带来的问题,提出将浒苔做原料通过直接热裂解的方法转化为生物油。本文在实验室组装的反应器内系统地考察了温度、时间以及原料粒径对产物收率以及产物分布的影响。实验结果表明:实验原料的粒径越小,其生物油的产率越高;当反应温度为350℃,反应时间为40min,原料粒径为60目的最优条件下,生物油的产率高达30.5%,不凝气产率可达13.9%。对产物进行分析发现:生物油主要包含醛、酮、酚类以及醇、羧基酸、酯类等化合物;不凝气主要由CO2、CO、CH4以及C2～C5的小分子烃类组成。     

稻壳热解油的特性

利用自行搭建的固定床热反应器对稻壳进行热解实验制备热解油, 采用两种不同极性的石英毛细柱对收油后的二氯甲烷溶液进行GC-MS检测。实验结果表明:热解终温对热解油品的组分种类几乎无影响, 但热解油产率随热解终温增大呈先升高后降低趋势;热解油二氯甲烷溶液的水相部分化合物种类相对较少, 主要物质为甲酸、乙酸和1-羟基-2-丙酮, 油相部分有机物种类极为复杂, 主要物质为糠醛、糠醇以及酚类和酮类物质;可凝结的热解有机气体主要在500～600℃发生二次裂解;对稻壳600℃热解油油相检测时发现:在RTX-5MS柱检测条件下, 组分中前5种化合物是糠醛、2-丁酮、乙酸、苯酚和2-甲氧基苯酚, 而在RTX-WAX 柱检测条件下, 前5种化合物是苯酚、2-甲氧基苯酚、4-乙基苯酚、乙酸和3-甲基苯酚。     

生物质热裂解实验和模型研究(英文)

The analysis on the feedstock pyrolysis characteristic and the impacts of process parameters on pyrolysis outcomes can assist in the designing,operating and optimizing pyrolysis processes.This work aims to utilize both experimental and modelling approaches to perform the analysis on three biomass feedstocks—wood sawdust,bamboo shred and Jatropha Curcas seed cake residue,and to provide insights for the design and operation of pyrolysis processes.For the experimental part,the study investigated the effect of heating rate,final pyrolysis temperature and sample size on pyrolysis using common thermal analysis techniques.For the modelling part,a transient mathematical model that integrates the feedstock characteristic from the experimental study was used to simulate the pyrolysis progress of selected biomass feedstock particles for reactor scenarios.The model composes of several sub-models that describe pyrolysis kinetic and heat flow,particle heat transfer,particle shrinking and reactor operation.With better understanding of the effects of process conditions and feedstock characteristics on pyrolysis through both experimental and modelling studies,this work discusses on the considerations of and interrelation between feedstock size,pyrolysis energy usage,processing time and product quality for the design and operation of pyrolysis processes.     

稻壳热解和生物油精制的研究

在一个间歇给料的流化床反应器中热解稻壳生产生物油,热解温度范围为450-650℃.在500℃,生物油的最大产量为53.8%.用色质联机研究了生物油的化学成分,确定了生物油的元素组成、密度、pH、黏度和热值.研究了生物油与柴油的乳化油的比例和理化特性,结果表明乳化方法是一种实用的生物油利用途径.     

生物油中提取热解木质素的性质分析(英文)

Bio-oil is a new liquid fuel produced by fast pyrolysis, which is a promising technology to convert biomass into liquid. Pyrolytic lignin extracted from bio-oil, a fine powder, contributes to the instability of bio-oil. The paper presents the structural features of three kinds of pyrolytic lignin extracted from bio-oil with different methods (WIF, HMM, and LMM). The pyrolytic lignin samples are characterized by Fourier transform infrared spectrometer (FTIR) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). FTIR data indicate that the three pyrolytic lignin samples have similar functional groups, while the absorption intensity is different, and show characteristic vibrations of typical lignocellulosic material groups O H (3340-3380 cm1), C H (2912-2929 cm1) and C O (1652-1725 cm1). Comparison in the region (3340-3380 cm1) indicates that WIF has more O H stretch groups than HMM and LMM. The carbon spectra are fitted to four peaks: C1, C C or C H, BE 283.5 eV; C2, C OR or C OH, BE 284.5-285.8 eV; C3, C O or HO C OR, BE 286.10-287.10 eV; C4, O C O, BE 287.5-287.7 eV. The absence of C1, C C or C H indicates the dominant polymerization structure of aromatic carbon in pyrolytic lignin samples. For HMM and WIF, C2a and C2b can not be separated, so there is no free hydroxyl group in the samples. The oxygen peaks are also fitted to four peaks: O1, OH, BE = 530.3 eV; O2, RC O, BE 531.45-531.72 eV; O3, O C O, BE = 532.73-533.74 eV; O4, H2O, BE 535 eV. The absence of O1 and O4 indicates that little hydroxyl groups and adsorbed water are present in the samples.     

稻壳快速热解制备生物油条件探索及产物分析

以稻壳为原料,通过流化床快速热解的方式制备生物油。初步考察了螺旋进料速率对流化床反应参数的影响。当进料速率由 4 kg/h 提高至 5 kg/h 时,床层温度明显下降,床层压差明显增加,燃气流量也明显增加,表明热解产物更多地发生了二次裂解反应。采用GC-MS对快速热解所得生物油的组成进行分析,采用TG-DSC考察生物油的热稳定性,表明在250~400℃ 之间,出现较强的放热现象,缩聚现象严重,并对其重要的燃料性能进行表征,pH值2.33,水分 24.0%,热值 16.3 MJ/kg,密度 1.17 g/mL,黏度 45 mm²/s(30℃)。     

生物质快速裂解油的催化裂解精制

在固定床反应器内采用不同催化剂进行了生物质快速裂解油的催化裂解。在温度340～420℃,质量空速2．9～5．6h^-1的条件下考察了催化剂、温度、重量空速诸因素对精制各产物产率的影响。结果表明,在重量空速3．7h^-1,温度380℃时,获得了较高的精制生物油产率,44．68％;用HZSM-5(50)催化剂得到了较高的有机相产率;而用高岭土催化剂时结焦量较低。催化剂再生实验表明,结焦是催化裂解中致使催化剂失活和使用寿命降低的主要原因。产物分析表明,精制油中的含氧化合物如有机酸、酯、醇、酮、醛的含量大大降低,而不含氧的芳香族碳氢化合物和多环芳香碳氢化合物含量增加了。     

稻壳快速热解制取生物质油的试验研究

目前生物质快速热解高温热解气主要利用间壁式冷却器进行冷凝,容易造成冷却管道的结焦堵塞问题,本试验根据流化床稀相输送特点、生物质的热解特性以及生物质油的冷凝收集特点,设计了生物质快速热解反应装置,改进生物质物快速冷凝系统,以稻壳为原料进行快速热解制取生物质油的试验研究,分别考察单因素反应温度、流化气量以及进料速度对生物质油产率的影响。试验表明:稻壳热解气能够快速顺利地得到冷凝,反应系统能够连续顺利运行,随着反应温度、流化气量、进料速度的增大,生物质油的产率都呈现先增大后减小的趋势。另外对产出的生物质油用气质联用设备进行了成分分析,得出了生物质油的主要成分,其中酸类、酮类、脂类以及酚类的含量相对较高。     

响应面法优化竹材热裂解制备生物油的工艺研究

为了提高竹材生物质流化床快速热裂解制备生物油产率,利用响应面法优化其最佳工艺条件.试验选择热裂解温度(450～550℃)、气相停留时间(1.5～2.5 s)和物料粒径(0.18 ～0.22 mm)三因素作为独立变量,采用中心组合设计建立模型和考察上述因素对生物油收率的影响.结果表明三因素对生物油收率具有显著影响而它们之间的交互作用均不显著.依据所得到的模型,在各因素设定范围内获得的最佳工艺条件为:热裂解温度519.0℃、气相停留时间2.1s、物料粒径0.18mm,生物油理论收率为58.17％.在该条件下进行的三次重复试验,竹材生物油的实际平均收率为57.85％,与模型预测值58.17％无显著差异.响应面法简便、高效,优化结果能给生物质流化床快速热裂解制备生物油制备工艺提供一定的参考.     

加氢裂化尾油热裂解性能分析研究

利用中国石油化工股份有限公司北京化工研究院的NM-Ⅱ型模拟蒸汽裂解实验装置针对不同的加氢裂化尾油在不同工艺条件下进行裂解实验,研究加氢裂化尾油的裂解性能以及不同工艺条件对加氢裂化尾油裂解产物的影响.经实验表明,加氢裂化尾油是一种优质的裂解原料,裂解温度在810℃左右时可以提高加氢裂化尾油的选择性,更大限度地获取乙烯、丙烯.     

间歇式给料的生物质快速热解制油的实验研究

设计了间歇式给料的鼓泡流化床反应器,对生物质在不同的反应温度、不同的流化气速以及不同的床层高度等条件下的生物质热解进行了研究。结果表明热解温度是生物质产油率的主要影响因素,流化气流速和床层高度对产油率也有一定的影响。在最佳的反应条件下,生物质油的产率可达65%,其主要组分为有机酸和呋喃。     

生物质快速热解制油试验及流程模拟

使用自主研发的流化床热解反应器对生物质热解制油进行实验研究,通过对不同实验温度450、500、525、550、580、610℃下得到的目标产物进行分析,得到了反应温度对生物油产率的影响规律。实验表明：550℃时,最大液体产率为42.5%（质量）;实验得到的不可冷凝气体的组分以CO、CO₂、CH₄和H₂为主,气相产物产率约为37.7%（质量）。在实验基础上,利用Aspen Plus流程模拟软件,建立了生物质热解制油工艺模拟流程,模拟分析了热解温度对生物油产率的影响,结果表明该模型能准确模拟实际热解过程,具有较好的适用性和可靠性。     

Research on combustion characteristics of bio-oil from sewage sludge

Combustion characteristics of bio-oil from sewage sludge were investigated using thermogravimetry (TG) and Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR) techniques. The combustion process could be divided into two weight loss stages. Light compounds volatilized and were oxidized in the first stage and the heterogeneous combustion between oxygen and heavy compounds happened in the second stage, which were confirmed by FT-IR technique. Most weight loss occurred in the first stage. The effect of heating rate was also studied and higher heating rates were found to facilitate the combustion process. The kinetic parameters of the two stages were calculated and the change of activation energy indicated higher heating rates benefited combustion.     

重质生物油理化性质及其热解特性研究

利用核磁共振波谱仪（NMR）与气相色谱/质谱联用仪（GC/MS）对重质生物油理化性质进行表征,并应用热重分析仪（ TG-DTG）与热裂解仪-气相色谱/质谱联用仪（Py-GC/MS）对重质生物油热解特性进行研究。结果表明：重质生物油主要由芳香族化合物和糖类物质组成。重质生物油在N₂氛围下热解主要分为三个阶段: 室温~300℃为蒸发段,300～520℃为热解段,520～800℃为成焦段。重质生物油经不同温度热解后,产物种类有明显差异：中温段（低于500℃）热解时,产物种类随温度的升高逐渐增加;高温段（高于500℃）热解时,随着热解温度的提高,产物种类逐渐趋于稳定。     

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。     

不同来源污泥热解油中多环芳烃分布特征

分析了4种不同来源污泥的热解油中16种EPA-PAHs生成分布,并探讨了污泥原样中自由赋存PAHs和污泥泥质特性（碳含量、H/C摩尔比、O/C摩尔比及挥发分含量等）的影响。结果表明,4种来源污泥热解油中均不同程度包含16种EPA-PAHs,∑EPA-PAHs含量分布次序为：工业印染污泥热解油（21.72 mg·kg^-1）>生活污泥热解油（14.10 mg·kg^-1）>造纸污泥热解油（13.72 mg·kg^-1）>食品污泥热解油（5.48 mg·kg^-1）,且以低环（2R）和中环（3R和4R）PAHs为主,其总量占∑EPA-PAHs的95%以上。热解油中PAHs含量高低与污泥自身赋存的自由PAHs含量具有一定关联;泥质特性对热解油中EPA-PAHs含量分布也呈现了不同程度影响,随着污泥泥质特性变化,3R和4R-PAHs含量变化规律较相似,均在碳含量为30.96%、H/C摩尔比为1.1、O/C摩尔比为0.33和挥发分为35.5%时达到最高水平;2R-PAHs含量在碳含量为20.75%、H/C摩尔比为1.44、O/C摩尔比为0.6和挥发分为46.3%时达到最高水平。     

纤维素快速热解反应气体的在线催化裂解

通过浸渍法制备MHZSM-5(M Fe,Zr,Co)催化剂,采用激光粒度分析仪、比表面积及孔径分析仪和X射线衍射仪(XRD)对催化剂的性质进行表征,并在立式两段加热炉上进行纤维素快速热解蒸汽的在线催化实验。对不同催化剂条件下的产物分布特性及生物油组成特性进行分析,结果表明,随着催化剂的引入,液相产率从52.06%最大下降至23.63%,气相产率从42.39%最大提高至70.84%,CoHZSM-5对于热解蒸汽的催化气化效果最为明显;纤维素快速热解生物油中以1,6-脱水-β-D-吡喃葡萄糖(左旋葡聚糖)为主,引入催化剂对纤维素热解蒸汽进行在线催化重整后,产物中芳烃类物质显著增加,以FeHZSM-5和ZrHZSM-5效果最佳;HZSM-5催化下生物油中左旋葡聚糖的含量提高至63.78%;催化后热解油中乙酸及丙酸含量均减少,但降低幅度有限。综合催化剂对产率及组分的影响效果来看,FeHZSM-5和ZrHZSM-5对纤维素快速热解蒸汽的催化调控作用较为显著。     

生物质热解制备高品质生物油研究进展

生物质热解制备生物油是能源富集的有效途径,是实现碳闭路循环的重要方式,作为一种环境友好型技术受到广泛关注和研究。然而,生物质热解反应过程复杂,生成的生物油热值低、含氧量高及强酸性等特点,制约了生物油的分离提纯、制备合成气以及燃烧等方面的应用,生物油品质的提升迫在眉睫。本文从生物质三组分、原料预处理、反应参数、催化剂、反应器等方面综述了影响生物油品质的主要因素,分析了生物油的特点,不同预处理下生物质特性的变化与生物油的关系,催化剂参与的热解行为对提升生物油品质的导向作用以及常用生物质热解反应器的特点,并对影响生物油品质的主要因素进行了总结。最后,针对影响制备高品质生物油的诸多因素提出建议,以期为制备高品质生物油提供参考和借鉴。