城市生活垃圾热解气化技术研究进展

从城市生活垃圾热转化方式的比较入手,简要阐明了热解气化过程,讨论了各类热解气化反应器的优缺点,概述了城市生活垃圾热解、气化实验研究进展以及热解气化技术中试及应用情况。通过比较各类实验研究,明确了热解温度、加热速率对热解产物产量及产物分布的影响,气化温度、氧气当量比(RO)对含氧气化反应的影响,气化温度、水蒸气与城市生活垃圾质量比(S/M)对水蒸气气化反应的影响。指出了城市生活垃圾热解气化实验研究热点在于优化控制参数,提高反应速率,促进目标产物高值化,抑制其它产物及污染物的生成,以及城市生活垃圾热解气化技术的发展方向。     

煤原位热解研究进展

煤热解是煤炭热转化利用中最初和必经的阶段,煤受热分解会产生煤气、焦油及半焦产品等,是目前我国化工原料和能源燃料的重要来源。由于一次热解是煤热解过程的重要步骤之一,大部分的煤热解产物都直接或间接地来源于一次热解,而一次热解产物的产率和性质直接影响到二次热解对目的产物的定向调控,故二次调控对提高煤热解产物产率具有一定的局限性。笔者提出了煤原位热解的概念,以提高煤热解产物产率为目的,从直接影响煤一次热解的角度出发,对煤不同的预处理方法,包括热预处理、水热预处理、溶剂溶胀预处理、离子液体预处理以及溶胀同步负载金属离子预处理等方法进行论述,并讨论了温度、压力、热解气氛、停留时间、粒径等工艺参数条件对煤原位热解的影响,最后对未来煤热解工艺技术的发展趋势进行展望,在继续探索煤热解机理的基础上,研究不同煤预处理方式与不同工艺参数条件的优势结合,同时发展对应的煤热解工艺技术,努力提高煤原位热解的产物收率,减少环境污染。     

提高煤热解过程中BTX收率的方法

煤热解及由煤热解联产高附加值化学品BTX(苯、甲苯和二甲苯)是实现煤炭高效清洁转化利用的重要方式之一。围绕如何提高煤热解过程中BTX收率的核心问题,论述了热解气氛、煤热解催化剂、溶剂预处理技术以及反应器类型等对热解产物分布的影响,认为欲提高热解产物中BTX等轻质芳烃的收率,必须从热解工艺和催化剂两方面进行重点突破,同时结合其他次要因素以实现操作条件最优化,提高煤热解产物中BTX等轻质芳烃的收率。     

蒙脱石的催化生物质热解特性

以纤维素和橡树叶为研究对象,探索了蒙脱石催化作用下热解产物的变化规律及机理.结果表明:蒙脱石负载促进纤维素向β-消除路径转化,导致活化能增加、DTG(微商热重分析曲线)峰值温度升高和热解速率降低,而对橡树叶的热解过程影响较小;蒙脱石可催化热解液体的2次裂解,使液体产率降低,气体产率增加,而对固体产物产率的影响较小,其中...     

K和Ca元素对生物质快速热解瞬态轻烃及含氧气体的影响

K、Ca元素以无机态和有机态的形式赋存于生物质内,影响着生物质热解过程中木质素、纤维素及半纤维素分子的断链及解聚过程,进而一定程度地影响着生物质热解气相产物形成与转化。热解反应过程中中间瞬态产物作为气体合成的中间产物对于热解反应最终气相产物的形成具有极为重要的研究意义。将生物质(稻壳)进行了酸洗处理,再定向负载K、Ca元素,利用Py-GC/MS在500~900℃热解温度下,对生物质原料进行了快速热解的实验研究。利用气相色谱质谱仪(GC/MS)对进样延迟时间为20 s时生物质快速热解瞬态轻烃及含氧气态组分的种类及含量进行了在线半定量分析,从而进一步表征了K和Ca元素对生物质快速热解气相组分的影响以及热解反应过程中气相中间产物的形成转化机制。研究结果表明:低温条件下(≤600℃),H-form、K-loaded和Ca-loaded生物质快速热解瞬态气体产物以CO、CO2、CH4为主,K与Ca元素促进了生物质热解CO与CO2的生成。高温条件下(≥700℃),C3H6成为20 s瞬态热解过程的主要气相产物,Ca元素对C3(C3H6)等物质的形成具有一定的促进作用,而K元素一定程度上抑制了C3H6的生成。     

微波热裂解木屑的基础研究

利用微波热裂解的方法将木屑转化为生物能源,是一种非常有前景的处理和利用废弃生物质转化为能源的工艺,考察了多模谐振腔和单模谐振腔对热裂解的影响,并研究了含水率和加热速率在微波加热下对木屑热裂解的影响,讨论了微波加热与传统加热下生物质热解机理。研究发现单模谐振腔比多模谐振腔更有助于生物质的快速热解。孔隙中的水分是微波热解生物质的主要因素,可以提高加热速率。生物质热解在微波加热与传统加热下的最大差别在于前者是由里及外的加热,可以减少二次反应的发生,提高生物油的收率和质量,固体产物炭的性质也得到了改善。热解油主要是由脂肪族含氧化合物和芳香烃类物质的复杂混合物,热解气体产物主要为CO、CO₂、甲烷和乙烷。     

废旧轮胎热解及热解产物研究展望

热解作为废旧轮胎处置的重要技术手段,可以有效实现其减量化、无害化和资源化利用。本文综述了废旧轮胎热解的影响因素以及热解产物的研究进展,对废旧轮胎热解的经济、环境和社会效益进行了说明,指出当前工业化热解废旧轮胎存在的问题,并展望了未来节能环保式热解工艺的应用前景。结合现有的工业化热解设备,优化工艺条件和反应器结构型式,进一步分析了热解产物即热解气、热解油及热解炭的成分结构与应用,通过对热解产物改性活化与提质处理,创造更大的经济效益。提出应基于环境法规要求和绿色发展理念,糅合多种处理技术,研制适合废旧轮胎热解的工艺装备,开发集收集/预处理/热解/产物回收与提质于一体的废旧轮胎处置技术,实现废旧轮胎高效清洁转化和高值利用。     

生物质与塑料共热解技术的分析方法及反应器研究进展

共热解技术是生物质与塑料高质化转化和高值化利用的重要方向。掌握生物质与塑料共热解分析技术及发展趋势,有利于加快对生物质、废塑料等废弃物的处理和利用。通过介绍生物质与塑料共热解技术的最新研究进展,归纳共热解过程动力学模型以及各组分之间的协同效应,讨论生物质与塑料在不同方法和反应器下共热解的表征。生物质和塑料共热解可降低热转化所需活化能,共热解协同效应可促进液态和气态产物生成。热解温度、加热速率和热解时间是影响共热解过程和产物的主要因素。文章为生物质与塑料共热解反应器类型的选择和相关技术分析提供参考。     

K和Ca元素对生物质快速热解瞬态轻烃及含氧气体的影响

K、Ca元素以无机态和有机态的形式赋存于生物质内,影响着生物质热解过程中木质素、纤维素及半纤维素分子的断链及解聚过程,进而一定程度地影响着生物质热解气相产物形成与转化。热解反应过程中中间瞬态产物作为气体合成的中间产物对于热解反应最终气相产物的形成具有极为重要的研究意义。将生物质（稻壳）进行了酸洗处理,再定向负载K、Ca元素,利用Py-GC/MS在500~900℃热解温度下,对生物质原料进行了快速热解的实验研究。利用气相色谱质谱仪（GC/MS）对进样延迟时间为20 s时生物质快速热解瞬态轻烃及含氧气态组分的种类及含量进行了在线半定量分析,从而进一步表征了K和Ca元素对生物质快速热解气相组分的影响以及热解反应过程中气相中间产物的形成转化机制。研究结果表明：低温条件下（≤600℃）,H-form、K-loaded和Ca-loaded生物质快速热解瞬态气体产物以CO、CO₂、CH₄为主,K与Ca元素促进了生物质热解CO与CO₂的生成。高温条件下（≥700℃）,C₃H₆成为20 s瞬态热解过程的主要气相产物,Ca元素对C₃（C₃H₆）等物质的形成具有一定的促进作用,而K元素一定程度上抑制了C₃H₆的生成。     

在线热解-质谱联用技术在煤转化中的应用

热解产物分析,尤其是热解初级产物的原位检测与分析是认识煤热解反应机理的重要途径。综述了热重分析与质谱联用(TG-MS)、热裂解仪与气相色谱-质谱联用(Py-GC-MS)和原位热解-真空紫外单光子/电子轰击双电离与飞行时间质谱(in-situ Py-PI/EI-TOF-MS)3种在线热解-质谱联用技术在煤热解及催化热解方面的应用,并分析其优缺点。TG-MS可获得煤转化率与热解气相挥发物(尤其是轻质组分)随热解温度的逸出特性,Py-GC-MS能够实现快速升温速率下热解挥发物的定性与定量分析,而in-situ Py-PI/EI-TOF-MS具有原位分析性好、灵敏度高、弱电离和易清洗等优点,可实现对类煤模型化合物、原煤及其萃取组分、生物质、废塑料等单独热解或共热解过程初级产物的原位检测以及二次演化行为的认识,也适用于热解挥发物的催化反应研究,是一种具有前途的、从分子水平上认识煤炭等含碳有机物热转化反应机理的有效手段。     

基于Py-GC/MS的玉米秸秆快速热解实验研究

以玉米秸秆为原料,利用Py-GC/MS设备在不同热解条件下进行快速热解实验,并对热解气相产物进行在线检测分析,考察了热解时间、热解温度及ZSM-5催化剂对玉米秸秆热解特性及热解产物分布的影响.实验结果表明:热解温度越高,热解反应越充分,且热解温度为550℃时对应的热解产物品质最高,其中芳香族化合物最高达28.3％;随着...     

NiO/HZSM-5催化松木微波热解制生物油

生物质快速热解制生物油是解决能源短缺的有效途径,通过催化剂的加入可使生物油成分定向转化为系列平台化合物,有助于其高效利用。以松木屑为原料,对其进行热重分析并研究了其热解行为。以NiO/HZSM-5为催化剂,在微波功率为800 W,热解时间为12 min条件下对松木屑快速热解,并对产物进行了计重分析和成分分析。结果表明,NiO/HZSM-5的加入能使生物油产量略有提高。对液相产物的GC-MS分析表明,所用催化剂对松木屑热解具有较好的脱氧效果,有利于平台化合物的定向转化,NiO/HZSM-5在微波加热条件下对生物油的产量及提质具有有效作用。     

两段式回转炉热解菜籽饼

通过研究菜籽饼的工业分析,发现挥发分比例较高适合对其热解利用,采用热重分析方法分析了厨菜籽饼的热解特性,提出了菜籽饼两段式热解转化利用的思路。在回转炉中对菜籽饼进行热解反应并分析了500 ℃下固液产物的组成和性质,发现固液产率较高,焦油及焦炭品质较好,具有广阔发展前景,为菜籽饼大规模地资源化利用提供了一条新的道路。     

烟煤固体热载体低温快速热解实验研究

以连续式热解装置为实验平台,藁城和府谷煤为原料,石英砂为热载体,考察了460~520℃范围内热解所得气、液产物收率、组成和性质的变化规律. 结果表明,在考察的温度范围内,提高热解温度,热解气、液产物收率增加,液体产物收率最高可达12%左右. 热解温度对热解产物中不凝气组成影响显著,热解煤气热值高达25 MJ/Nm3以上. 焦油组分中酚衍生物含量最高,稠环烃、芳香烃、链烃组分的含量也较高,酚含量随热解温度增高有所降低,而芳烃含量则显著提高. 根据实验结果提出了酚-芳烃转化的可能路径.     

废旧轮胎热解行为的TG/DTA研究

运用热重/差热联用仪（TG/DTA）研究了4种废旧轮胎样品及3种橡胶原料（天然橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶）的热解行为,通过TG/DTA数据计算了各个降解阶段的热解动力学参数（表观活化能和指前因子）,并确定了轮胎中的橡胶类型（天然胶和合成胶）,得到其基本组成（有机助剂、橡胶、炭黑和无机助剂）的含量,为进行废旧轮胎的转化利用提供基础数据。结果表明:橡胶原料、轮胎样品的热解过程均可划分为两个一级反应阶段,其中轮胎样品的第1段热解活化能比第2段的小,随着反应温度的升高及转化深度的增大,热解对温度的依赖程度增大;废轮胎样品中可热解部分为64％～66％,炭黑为30％～33％,灰分为3％～6％;升温速率可明显地改变轮胎样品的热解历程,但对热解产物的收率影响甚微;天然橡胶的热解失重和合成橡胶的解聚使废旧轮胎的热解表现为一放热过程。     

低阶煤热转化产品特性影响因素研究及展望

为实现低阶煤的高效利用,论述了变质程度、煤岩组成、水分等原料煤性质及升温速率、热解终温、压力、气氛等热转化工艺条件对低阶煤热转化产品特性影响的研究进展,分析了各条件下低阶煤热转化产品产率、品质差异,提出了低阶煤适宜转化利用的途径及建议。影响低阶煤热解因素众多,外因热加工条件和内因原料煤性质均明显影响低阶煤热解产品组成和品质,以热解为龙头的低阶煤分级转化多联产产业链是实现我国低阶煤资源合理利用的适宜方式。提出应深入开展低阶煤热转化过程基础科学研究,从分子角度揭示低阶煤热转化过程自由基/官能团裂解、迁移、聚合规律;以热解为先导,分级分质将低阶煤中的挥发分转化为油气资源,并将煤气、半焦、焦油深加工转化为高级产品,实现低阶煤综合利用多联产产业链。     

半焦基催化剂裂解煤热解产物提高油气品质

利用上段热解下段催化的两段固定床反应器,针对府谷煤研究了半焦和半焦负载Co催化剂对煤热解产物的催化裂解效果。结果表明,半焦和半焦负载钴对热解产物催化裂解后,热解气收率增加,焦油收率降低,但焦油中沸点低于360℃的轻质组分含量提高,轻质焦油收率基本保持不变或略有增加。与煤在600℃直接热解相比,在热解和催化温度均为600℃,采用煤样质量20%的半焦为催化剂时焦油中轻质组分质量含量提高了约25%,轻质组分收率基本不变,热解气体积收率增加了31.2%;在热解温度600℃,催化温度500℃时,采用煤样质量5%的半焦负载钴催化剂,焦油中轻质组分质量收率和含量分别提高了约8.8%和28.8%,热解气体积收率增加了21.5%。煤热解产物的二次催化裂解的总体效果是将焦油中重质组分转化为轻质焦油和热解气。     

温度对铬革屑热解产物及特性的影响

在热解终温为350~750℃的条件下,对铬革屑的热解产物及其特性进行研究,为其热解资源化利用提供实验支持。结果表明,550℃条件下热解液体产率最高,为46.82%。750℃条件下热解气体产率上升显著,热解气热值随温度的升高而上升。热解液体产物主要为含N类及N/O类物质。随热解温度的升高,液体产物含氧量明显降低。固体产物有机官能团迅速减少,C含量上升,同时六价铬含量迅速下降,绝大部分铬富集于热解焦。     

山楂核热解特性及其产物研究

为研究山楂核热解特性及其产物分布规律,在不同升温速率及不同热解终温条件下对山楂核粉末进行热重分析,并用自制小型固定床热解炉对山楂核粉末进行了热解实验,考察了热解终温和升温速率对山楂核热解的三相产物产率的影响,结果表明：热解终温对焦油产率影响不大,对热解气和焦炭产率有显著影响,随着热解终温的提高,焦炭产率降低,而热解气产量增加。同一热解终温条件下,随着升温速率由5℃/min增加到10℃/min,焦油产率增加（热解终温600℃时,增加量约6个百分点）,焦炭和热解气产率降低,并且热解终温越大,升温速率对焦油产率影响越大;同时,提高热解终温和升温速率会使反应速率增大。     

温度对铬革屑热解产物及特性的影响

在热解终温为350～750℃的条件下,对铬革屑的热解产物及其特性进行研究,为其热解资源化利用提供实验支持。结果表明,550℃条件下热解液体产率最高,为46.82%。750℃条件下热解气体产率上升显著,热解气热值随温度的升高而上升。热解液体产物主要为含N类及N/O类物质。随热解温度的升高,液体产物含氧量明显降低。固体产物有机官能团迅速减少,C含量上升,同时六价铬含量迅速下降,绝大部分铬富集于热解焦。