有机酸洗预处理对玉米秸秆热解过程的影响

以玉米秸秆为原料,用乙酸溶液对秸秆进行洗涤预处理,采用热重分析仪对预处理前后玉米秸秆进行热解实验。结果表明:酸洗预处理去除了玉米秸秆中大部分的K、Na和Mg等金属元素,降低了灰分含量;酸洗预处理使得玉米秸秆两个热解失重峰分离的更加明显,提高了玉米秸秆热解失重速率,使得玉米秸秆热分解变得容易。     

Fe-Zn共改性ZSM-5催化作用下生物质快速热解特性研究

选取木屑和花生壳作为原料进行生物质热解,研究有机产物分布,催化剂使用Fe、Zn两种金属元素进行改性。通过X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、傅里叶红外（FT-IR）、比表面积测试（BET）对Fe-Zn改性的ZSM-5进行分析。使用闪速裂解-气质联用仪（PY-GC/MS）对原料进行热解,探究生物质催化热解的产物分布变化。催化剂的使用使得芳烃类产物产率获得较大提升,在木屑热解中,Fe负载的分子筛催化获得了酚类的最高产率,比ZSM-5催化热解产率提升18.30%。金属改性催化剂在花生壳热解中,大幅提升了芳烃类产物产率,其中Zn负载催化剂芳烃类产物产率最高,Zn负载催化热解比直接热解的酚类产率降低了18.92%。Zn负载催化获得了最低的酮类产率,与直接热解相比酮类产率降低19.74%,显示出较强的脱羟基效果。此外Zn负载催化和Fe-Zn双金属负载催化在花生壳热解中都大幅降低了酸类产物产率,与直接热解相比酸类产率分别降低了30.46%、36.71%。     

轻质生物油洗涤预处理对棉花秸秆热解的影响

采用轻质生物油对棉花秸秆进行洗涤预处理,研究预处理前后棉花秸秆的热解特性。结果表明,洗涤预处理有效降低了棉秆灰分和金属元素含量,提高了生物油的产率和热值,降低了生物油的含水量,增大了棉秆炭挥发分和固定碳含量。因此,轻质生物油洗涤预处理是一种很好的生物质脱灰方式。     

木屑与煤慢速共热解产物特性研究

采用TG-FTIR联用的分析方法对木屑与煤共热解产物进行分析,结果发现,木屑与煤共热解产物不是两者单独热解的简单叠加,而是木屑与煤协同反应相互促进或抑制的结果。煤化程度越高木屑与煤共热解过程中CO和CH₄的产率越多,CO₂的产率越少,液体和固体产物越多。木屑与煤掺混比例对于共热解产物的影响规律性不是非常明显,对于CO和CH₄,掺混比例5:5时产率最低;CO₂在共热解温度<500 ℃时,掺混比例5:5时产率最高,而在共热解温度>500 ℃时,随着煤的掺混比例的增加产率逐渐减小。木屑与褐煤的共热解固体产率随着掺混比例的增加逐渐增大,木屑与无烟煤的共热解固体产率正好相反。     

煤与生物质共热解特性初步研究

初步研究了煤与生物质共热解时的协同作用,热解实验研究了大雁煤、木屑和两者混合物三个样品的热解特性,木屑与大雁煤热解特性相比,热解产物产率随温度变化特性形似,但热解的起始温度和热解温度区间有一定差别,两者混合物共热解时出现了协同作用,结果是半焦产率降低,焦油和气产率增加,热解气组成中H2和CH4 降低,CO和CO2增加.     

热解温度及AAEM元素对生物质快速热解焦油的影响

生物质热解受热解温度、热解速率和碱金属及碱土金属(AAEM)元素影响显著。利用热裂解气相色谱质谱联用法(Py-GC/MS)针对热解温度及AAEM元素对生物质快速热解焦油的影响展开深入研究,通过样品热解前后的失重情况分析了热解温度及AAEM元素对生物质(稻壳和木屑、酸洗稻壳和酸洗木屑)热解特性的影响规律,利用气相色谱质谱仪(GC/MS)对热解焦油组分及含量进行了在线半定量分析,并对热解焦油组分分子量分布情况展开了讨论。结果表明生物质Py-GC/MS快速热解实验,酸洗脱除AAEM元素致使热解失重率减小。500~900℃范围内随温度的升高,大分子焦油成分逐渐减少,逐渐转化为轻质组分。AAEM元素限制了焦油前体的聚合,进一步抑制了含氧杂环类碳环(糠醛等)的生成。稻壳的热解焦油的相对分子质量主要分布在110~129。木屑快速热解焦油产率明显高于稻壳,且热解焦油中分子量分布广泛,含有更多较大分子量(150~209)的化合物成分。     

热解温度及AAEM元素对生物质快速热解焦油的影响

生物质热解受热解温度、热解速率和碱金属及碱土金属(AAEM)元素影响显著。利用热裂解气相色谱质谱联用法(Py-GC/MS)针对热解温度及AAEM元素对生物质快速热解焦油的影响展开深入研究,通过样品热解前后的失重情况分析了热解温度及AAEM元素对生物质(稻壳和木屑、酸洗稻壳和酸洗木屑)热解特性的影响规律,利用气相色谱质谱仪(GC/MS)对热解焦油组分及含量进行了在线半定量分析,并对热解焦油组分分子量分布情况展开了讨论。结果表明生物质Py-GC/MS快速热解实验,酸洗脱除AAEM元素致使热解失重率减小。500~900℃范围内随温度的升高,大分子焦油成分逐渐减少,逐渐转化为轻质组分。AAEM元素限制了焦油前体的聚合,进一步抑制了含氧杂环类碳环(糠醛等)的生成。稻壳的热解焦油的相对分子质量主要分布在110~129。木屑快速热解焦油产率明显高于稻壳,且热解焦油中分子量分布广泛,含有更多较大分子量(150~209)的化合物成分。     

氧含量对热解废轮胎产物影响研究

以含氧木屑为探针材料,同废轮胎以不同比例共热解以准确控制其氧含量,考察氧含量对热解废轮胎得到的气、液、固三相产物的影响及多环芳烃(PAHs)含量的影响。采用热重分析仪(TG)、元素分析仪(EA)以及气相色谱仪(GC)分别对它们热行为、热解油中氧含量及PAHs的变化规律进行了观察。TG分析表明,木屑中氧含量对废轮胎热解最大失重速率发生的温度产生了推后的影响。在木屑∶废轮胎质量为2∶1时,温度滞后3.7℃。EA分析表明,热解油中氧含量越高,氢含量较加权值越低,碳含量基本不变。GC分析表明,适量木屑所含的氧能够有效抑制PAHs的生成;对三相产物影响表明,氧含量越高,液体产率较加权值越小,气体产率较加权值越大,固体产率较加权值有所降低但与氧含量多少关联不明显。通过木屑和废轮胎共热解过程氧含量对热解产物影响的分析,为科学利用生物质、合理处置废轮胎提供科学帮助。     

生物质/塑料共催化热解过程中HZSM-5失活分析

利用管式炉热解装置进行HZSM-5在线共催化热解玉米秸秆/高密度聚乙烯过程中的循环和再生利用实验,对玉米秸秆进行酸洗预处理,考察原料酸洗预处理对HZSM-5催化性能的影响。采用GC-MS（气相色谱-质谱联用仪）对生物油的化学组成进行分析,并对反应前、反应后以及再生催化剂进行TG（热重分析）、ICP-MS（电感耦合等离子体发射光谱仪）、SEM/EDS（场发射扫描电镜）、BET、NH₃-TPD（程序升温脱附技术）等表征分析。研究表明,HZSM-5催化玉米秸秆/高密度聚乙烯热解的主要产物为芳烃,随着催化剂重复利用次数的增加,芳烃含量逐渐降低,催化剂的比表面积、孔容、酸性等也随之降低,说明催化剂的活性逐渐降低;原料经酸洗预处理后有利于热解中间体的生成,加速了催化剂的结焦失活速率;催化热解酸洗玉米秸秆/高密度聚乙烯的催化剂经焙烧再生后其活性基本恢复至原有水平,而催化热解未处理玉米秸秆/高密度聚乙烯的催化剂再生后其活性有所降低,碱/碱土金属在HZSM-5催化剂上发生累积,从而引起酸性位点“中毒”失活,而原料经酸洗预处理后可有效降低催化剂上碱/碱土金属的累积量,有利于延长催化剂的使用寿命。     

生物质与烟煤程序升温共热解产物特性分析

研究了富含半纤维素的玉米芯(CB)和富含木质素的松木屑(SD)分别与烟煤(YL)程序升温共热解产物产率和组成变化规律,并对焦油族组成进行分析。结果表明:生物质与煤共热解造成热解产物组成和产率显著变化,且其变化程度与生物质的组成和结构有关。对于富含纤维素的玉米芯与烟煤共热解过程,玉米芯质量掺混质量比为75%时,共热解气体产率减小18.87%,其中CO2产率减少29.15%,而热解水产率增加16.77%。由于半焦和玉米芯中碱/碱土金属,尤其是K对焦油中重质组分裂解具有催化作用,共热解焦油中沥青质产率减小43.40%,而极性组分增加63.21%。与富含半纤维素类的玉米芯不同,富含木质素的松木屑与烟煤共热解造成气体和焦油产率增加,而半焦和热解水产率略有减小,气体中CO2和CO略有增加。松木屑中活性H的转移作用,造成共热解焦油中脂肪烃产率增加,极性组分产率减少。松木屑掺混质量比为50%时,脂肪烃增加89.30%,而极性组分减小17.40%。     

固定床烟煤与木屑共热解的协同反应性研究

在自制的固定床反应装置上对木屑和烟煤以及两者的混合物进行了热解特性研究,考察了木屑与烟煤在不同掺混比例和热解终温下的共热解反应特性。研究结果表明:协同作用发生的程度与热解反应条件有关,烟煤与木屑共热解的协同反应性不仅体现在气、液产物收率方面,同时对气体组成也有显著影响;因木屑灰分中的碱金属化合物对热解焦油的催化裂解作用,使得共热解反应在较高热解终温和较低木屑掺混比条件下表现出更为显著的协同作用;在木屑掺混比(木屑质量分数)为25%、终温540℃条件下,热解气产率的协同值达到22.6%,焦油产率协同值为-27.3%;H自由基与烟煤热解产生的自由基结合成CH4等烃类气体或转移到焦油组分,是一种重要的协同作用机理。     

预处理对麦秸热解特性的影响及其动力学分析

用热重法分析研究了不同预处理方法(水洗、酸洗、碱处理、微波、超声处理)对麦秸热解过程的影响。结果表明:水洗和酸洗都能够提高热解产物中挥发分的含量;碱处理可以使麦秸热解起始温度和最大热解速率向低温区域移动,并能够明显降低最大热解速率;超声处理可以提高最大热解速率。用单一升温速率法对热解获得的热重-热重微分(TG-DTG)数据进行动力学分析得到了经预处理后,麦秸热解机理发生改变,活化能有所降低,其中氢氧化钠的作用最为明显,将热解活化能从151.44kJ/mol降至84.09kJ/mol。     

N_2保护下热预处理对胜利褐煤热解产物分布的影响

采用管式炉反应器在惰性气氛下对胜利褐煤进行脱氧预处理,研究了热预处理对褐煤热解产物半焦产率、焦油产率及气态产物的影响。结果表明:热预处理使得煤半焦产率明显降低,焦油产率升高,气体生成量大于原煤。在600℃热解时,半焦产率最小,焦油产率最大。褐煤中含氧官能团之间的氢键会使得交联反应增加。     

褐煤与生物质共热解特性实验研究

以松木屑和未经干燥的褐煤为原料,在管式炉中进行了两者单独热解及共热解实验.单独热解实验结果表明,随着热解温度的升高,木屑和褐煤热解的气体产率逐渐增加,而液体和固体产率逐渐减少,高温有利于煤中水分的快速蒸发,促进煤热解中间产物与水蒸气的蒸汽重整反应;共热解实验结果表明,松木屑的添加可以调配混合物的n(C)∶n(H),促进褐煤热解;松木屑掺混比例为30%时,碳转化率和产气率的实验值与计算值的差值均达到最大值,说明该条件下两者的协同作用最明显.     

毛竹热解制备高附加值化学品

为了实现毛竹资源的高效利用,提高毛竹热解过程中高附加值化学品的产率,利用快速热裂解-色谱/质谱联用仪（Py-GC/MS）从热解温度、热解时间和预处理方式3个方面对毛竹的快速热解特性进行了研究。结果表明：温度是影响毛竹热解产物的重要因素,热解温度在350～800℃之间时,随着热解温度的提高,热解产物种类增多,各产物产率不同程度地增加,在600℃热解时,目标产物产率达到最大值;延长热解时间,产物的产率增加,但最终会趋于恒定;碱洗可以提高热解对酚类产物的选择性,而且碱性越强选择性越好,但是碱洗会使热解产物的产率降低。     

毛竹热解制备高附加值化学品

为了实现毛竹资源的高效利用,提高毛竹热解过程中高附加值化学品的产率,利用快速热裂解-色谱/质谱联用仪(Py-GC/MS)从热解温度、热解时间和预处理方式3个方面对毛竹的快速热解特性进行了研究。结果表明:温度是影响毛竹热解产物的重要因素,热解温度在350~800℃之间时,随着热解温度的提高,热解产物种类增多,各产物产率不同程度地增加,在600℃热解时,目标产物产率达到最大值;延长热解时间,产物的产率增加,但最终会趋于恒定;碱洗可以提高热解对酚类产物的选择性,而且碱性越强选择性越好,但是碱洗会使热解产物的产率降低。     

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。     

低温煤热解焦油产率和品质影响因素研究

煤焦油是低温煤热解技术的主要产物,是重要的化工原料,其产率和品质是评价煤热解工艺的重要指标。从原煤性质(煤种和煤粒径)、热解反应器结构形式及热解工艺条件(原煤预处理、热解温度、压力、升温速率、停留时间、热解气氛及催化剂)等方面综合分析了煤热解焦油产率和品质的影响因素,认为通过优选煤种和热解反应器,对煤样进行适当预处理,选择合适的工艺操作条件和引入加氢催化热解等有助于提高焦油产率和品质。     

N2/CO2气氛下木屑生物质热解特性的实验研究

本研究利用固定床管式炉开展了不同N2/CO₂比例气氛下的木屑生物质热解实验,考察了CO₂浓度、载气流速和停留时间对热解油和焦炭产率的影响。结果表明：热解油和焦炭的产率随反应温度和停留时间的增加而降低,热解油产率随反应气氛中CO₂浓度的升高而增加。在N₂和CO₂气氛下,载气流速升高均使热解油产率下降,而焦炭产率则在15%左右保持不变。添加HZSM-5和ZIF-67两种催化剂,发现ZIF-67在CO₂气氛下的热解油产率可以达到72.3%,相比其在N₂气氛下的热解油产率提升了近1.5倍;而HZSM-5由于其微孔孔道对生物质大分子传质的限制,产生最多焦炭(24.1%)。     

煤与油页岩热预处理特性及对热解的影响

对比研究了神木煤和桦甸油页岩在150~400℃热预处理时的孔隙变化和挥发分析出规律以及热预处理对后续慢速升温热解反应产物的影响。结果表明,热预处理显著增加了油页岩的孔隙结构,其比表面积提高4倍、孔体积提高5倍以上,而神木煤的孔隙结构则减少了,特别是孔径大于1 nm的孔体积减少了近60%、比表面积减少了近80%,而其1 nm以下的孔则相对稳定,孔体积和比表面积分别只减少了10%左右。低于400℃时热预处理过程中除脱去吸附水外,其他挥发分也有一定析出,并以CO_2为主,另有少量CO,但挥发分总失重量不超过5%。固定床慢速升温热解研究表明,经热预处理后,油页岩的油产率最高提高了22.7%,而水和气的产率则相应降低,气体中CH_4增加而H_2降低。热预处理对煤的热解油产率影响不明显,但热解水产率降低而热解气产率增加且其中CH_4增多而H_2降少。