生物质多孔炭吸附CO2的研究进展

本文对生物质多孔炭吸附CO₂的研究进展进行了综述,介绍了不同的生物质作为前驱体制备的吸附材料,着重对生物质多孔炭材料的结构与性能的构效关系进行了分析,总结了影响CO₂吸附的主要因素,并对生物质多孔炭材料目前存在的问题和发展方向进行了分析和展望。     

生物质N2/CO2气氛下热解及动力学特性研究

针对林业加工剩余物中常见的松木和慈竹两种生物质,采用非等温热重分析法研究了其热解及动力学特性,考察了不同CO2浓度和升温速率下的热解特性,采用不同反应模型进行动力学特性分析.结果表明,随着CO2浓度增大,低温热解区失重率变化较小,而高温热解区失重率和最大失重速率显著增大;随升温速率的升高,高温热解区存在热解滞后现象;N级反应模型和体积收缩反应模型分别适用于低温和高温热解区动力学参数的求解.     

CO2气氛下乌拉盖煤热解过程中气体释放特征及机理

在热重分析仪上以CO2为气化介质,制取了不同温度下乌拉盖煤半焦,并采用SEM和FTIR分析半焦的物化特性变化规律。利用TG-FTIR研究其气相产物的析出规律和机理。研究发现,煤焦表面孔隙随着挥发分的析出逐渐变得发达直至变形塌陷。褐煤中的有机官能团主要在320~850℃断裂缩合,850℃时褐煤已基本气化完全。烷烃类气体主要在热解阶段析出,由甲基、亚甲基、甲氧基中C—H键的断裂、重组所致;热解段CO的析出归因于羧基等含氧官能团的断裂,气化段是由于CO2气氛参与了焦炭的气化反应。     

生物质热解油处理工艺优化实验研究

为了提高生物热解油的利用效率,使用固定床反应器开展了生物质热解油催化裂化反应实验,在加入催化剂的条件下,开展了不同类型催化剂、质量空速、反应温度、反应时间以及反应压力对催化裂化各产物产率的影响实验。结果表明：当催化剂类型为分子筛催化剂B、质量空速为3 h^-1、反应温度为400℃、反应时间为4 h以及反应压力为2 MPa时,生物质热解油催化裂化处理效果最好,此时的产油率为45.36%、产炭率为28.94%、产气率为11.32%。生物质热解油催化裂化反应后油相的主要成分以单环芳烃和多环芳烃为主,气相组分中CO和CO₂的含量较高,说明该处理工艺对生物质热解油中的含氧化合物达到了良好的催化裂化处理效果。     

生物质热解特性研究

以竹材、稻壳、木屑为原料,通过常规热解结合快速热解研究生物质热解特性。结果表明,生物质常规热解的液体得率较低,相比而言竹材最高,稻壳最低,且热解温度是影响竹材和木屑热解的主要因素,其液体得率随温度的升高呈先增后减的变化规律;快速热解方面,利用居里点裂解仪和GC—MS在线分析竹材热解的液相组成,其组成以糠醛和酚类物质为主,它们分别来源于纤维素、半纤维素和木质素的热解。     

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。     

CO2/N2置换-降压强化开采天然气水合物

将天然气水合物中的CH₄置换为CO₂水合物是未来能源生产和温室气体控制的一种创新方法,但通常条件下CO₂对水合物中CH₄的置换效率较低,因此采用混合气联合降压强化置换的开采方法被提出。模拟(海底静水压力)在三轴应力约束状态下,通过注入固定比例[n(CO₂)∶n(N₂)=4∶1]的置换气体,研究降压强化置换过程中储层气相组分、CH₄开采率与CO₂封存率的变化。结果表明：CO₂+N₂联合降压强化置换法大幅度提高CH₄水合物置换效率,CH₄置换率相较于传统置换法的15.2%提升至35.22%,其中N₂直接贡献率占8.66%。通过降压强化,显著增强分解后期阶段气体扩散效果,提高CH₄开采率与CO₂封存率,对提高水合物转换开采具有良好的应用前景。     

金属氧化物与掺氮生物质协同吸附CO2机理

目前吸附材料众多,如沸石、MOFs、聚合物等,而生物质具有分布广泛、低成本、可再生和净零排放等优点成为研究热点。已有研究表明掺氮有利于提升生物质炭对CO₂的吸附性能,金属矿物质可对生物炭改性,增大生物炭表面有效吸附面积。但何种氮基团对于生物质炭表面CO₂吸附性能影响显著仍未清晰,金属矿物质与富氮改性协同作用下生物质炭表面CO₂的吸附特性尚未明晰。基于此,采用量子化学理论计算研究了不同含氮基团生物质炭表面CO₂的吸附机理,系统探究了不同金属氧化物(MgO、CaO)及其耦合掺氮生物炭对CO₂吸附的影响机理。结果表明,各含氮基团生物质炭不同吸附方式中,含N-X生物质炭对CO₂吸附作用最强。分析CO₂在MgO与CaO体系中O-Top、Hollow和Bridge三种不同吸附方式,得出CO₂以O-Top方式吸附于CaO体系中的吸附能最大,相同吸附方式下较MgO对CO₂的吸附能高92.22 kJ/mol。...     

不同种类生物质热解炭的特性实验研究

在管式炉上进行了生物质热解实验研究,分析了热解温度对生物质热解炭产量的影响规律,对比研究了农作物类和木材类生物质在相同热解条件下热解炭产量的差异,对生物质热解炭进行了电镜扫描分析,分析了不同热解温度下炭的表面结构特征。结果表明,生物质热解炭产量随热解温度升高而降低, 芸香木和稻壳的炭产量分别由300℃时的28.38%和45.84%降低到600℃时的7.55%和15.45%。在相同热解条件下,农作物热解炭产量普遍高于木材热解炭, 在400℃时稻壳糠热解得到的炭产量最高为30.32%,红胡桃热解得到的炭产量最低为19.23%。SEM分析表明,热解炭产物呈现多孔结构。     

高浓度CO2气氛下白云石强化煅烧工艺研究

CO₂循环煅烧白云石是具有前景的低碳炼镁新工艺。为研究新工艺下高浓度(摩尔分数)CO₂氛围中白云石强化煅烧措施,文中根据煅烧理论,建立了基于双环缩核的白云石煅烧反应动力学模型;计算分析了白云石分解过程传热传质和化学反应动力学的耦合特征,剖析了CO₂分压、温度和炉内总压等因素对单个白云石矿料分解动力学特征的影响;进一步考虑竖窑煅烧过程矿料粒径分布和矿料温度均匀性,研究不同炉内总压、温度、颗粒粒径等因素对竖炉容积利用系数的影响规律。结果表明：温度一定时,总压提高可强化热气流与矿料间的传热,促进白云石煅烧。通过合理调控煅烧过程温度和压力可有效提高新工艺的容积利用系数,最高可达0.967 1 t/(m³·h)。     

炼焦煤CO2化学反应性与焦炭反应性关系

煤的CO2化学反应性和焦炭的反应性(CRI)都是在高温条件下碳与CO2进行还原反应,其中原料煤性质是主要影响因素。为了讨论二者之间的联系,选取气煤、肥煤、焦煤,1/3焦煤和气肥煤进行单煤反应活性和40 kg实验焦炉捣固炼焦所得焦炭反应性的测定。焦炭反应性的测定无论从样品量、反应时间及操作方法上,都较煤的反应活性复杂且对设备要求高。结果表明:所选煤样的反应活性与对应焦炭反应性之间的相关关系较好,相关系数R可达到0.99。因此在时间或煤样量有限的情况下,可以通过测定煤样反应活性推导CRI。     

CO2驱油用咪唑啉缓蚀剂研究现状

对适用于CO₂驱油的咪唑啉缓蚀剂进行了综述,介绍了近几年咪唑啉缓蚀剂的合成、改性的现状,以及咪唑啉缓蚀剂的复配现状。指出了咪唑啉缓蚀剂的发展趋势,可以为CO₂驱缓蚀剂的开发及CO₂驱腐蚀防治提供参考。     

CO2气氛对伊宁煤热解过程中酚分布的影响

以伊宁煤为原料,将其粉碎至5 mm～8 mm粒径置入固定床热解炉中,分别在N2和CO2两种气氛下程序升温至终温为500℃,600℃和700℃,收集热解产物并用GC-MS联用仪定量分析了焦油中的7种酚类化合物,对比分析了两种气氛下热解产物的分布,考察了CO2热解气氛对焦油及酚类化合物生成的影响.结果表明,CO2气氛能促进焦油的生成.700℃时,CO2气氛下煤热解生成总酚量为N2气氛下生成总酚量的1.3倍.两种气氛下总酚的生成量均随热解终温的升高而减少.CO2气氛还影响了酚类化合物中不同种类酚所占的比例,特别是二甲基苯酚在总酚中的比例不断增大,700℃达到最大,为7.66％.     

十六烷基三甲基溴化铵促进CO2水合物生成的实验研究

针对CO2水合物自然生成速度慢这一技术难题,利用实验室自制的水合物实验系统,开展了十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)体系下CO2水合物生成促进实验研究。考察了CTAB质量分数为200、300、500、700、900 mg/kg下对水合反应体系表面张力及CO2水合物生成特性影响规律,分析了CTAB对CO2水合物生成促进作用机理。实验结果表明,5种浓度下CTAB添加剂均能够有效降低CO2水合物相平衡点,温度越高,生成压力降低幅度越大,在最优用量为300 mg/kg下降幅可达27.7%。水合反应体系的压力越低,CTAB促进CO2水合物生成的诱导时间降低越大,促进效果越明显。该研究对于提高水合物生成速率具有一定的意义。     

生物质热解炭成型特性研究

通过将核桃壳热解转化为生物质热解炭并确定最佳制备温度,随后将生物质热解炭压缩成型,分析成型过程影响因素及成型品质。结果表明,600℃时产生的生物质热解炭与原料相比,挥发分含量降低70.21%,固定碳含量增加68.83%,热值达到29.16 MJ/kg;随着水分和成型压力的增加,成型炭的抗压强度先增大后减小;粘结剂种类影响成型炭的品质特性,采用复合粘结剂可保证成型炭冷热态强度,控制灰分含量;成型可改善热解炭燃烧特性,成型炭燃烧温度区间广,活性高且燃烧较为均匀,是一种更为理想的生物燃料。     

黄腐酸吸收CO2的研究

全球气候变暖已经成为一项世界性的环境问题,温室气体的主要成分CO₂的减排成为人们关注的焦点。现今各国都在研究降低CO₂排放的措施,希望能够开发一种易于工业化应用的吸收剂。通过研究黄腐酸浓度、CO₂流量、反应温度、吸收时间和循环次数对黄腐酸吸收CO₂效果的影响,探索黄腐酸作为CO₂吸收剂的新工艺。结果表明,黄腐酸吸收CO₂的最佳反应条件：黄腐酸浓度为0.03 g/mL、反应大气压为1.01×10⁵ Pa、吸收时间为60 min、反应温度为20 ℃,CO₂流量为0.14 L/min。黄腐酸吸收CO₂的循环次数可超过20次之多,CO₂吸收量随着黄腐酸循环次数的增加整体呈下降趋势。     

氧分级对药渣O2/CO2燃烧NOx生成规律与反应机理的影响

在我国目前能源结构中,化石能源尤其是煤炭资源占比很高,造成了极大的环境压力。抗生素发酵药渣为近年来产量迅速升高的固体废弃物,也是一种生物质燃料资源,但目前对药渣的能源化利用研究较少。以CH4等气体来模拟药渣可燃成分,利用Chemkin模拟软件中的PFR反应器构建了药渣在O₂/CO₂气氛下氧气分级燃烧及非分级燃烧模型,对2种情况下NO_x生成特性进行了模拟研究,探求了氧气分级及非分级燃烧时各种因素的影响,并利用生成速率分析法和敏感性分析法对结果进行了反应机理分析。研究结果表明,在氧气非分级条件下,NO_x转化率随燃烧温度升高先升高后降低,在1500℃左右达到峰值;NO_x转化率随过量氧气系数增加而升高,在过量氧气系数由0.9增至1.1时,增幅显著。在氧气分级条件下,主燃区燃烧温度对NO_x转化率的影响较为复杂;NO_x转化率随燃尽风率增加先降低后升高,随燃尽风位置推后降低。氧气分级条件下,还原气氛促进了NO_x中N向其他组分转化,能够明显降低NO_x生成。当燃烧温度低于1500℃,燃尽风率为0.35左右时,NO_x转化率最低。首次对药渣在O₂/CO₂气氛下的燃烧进行了反应动力学模拟研究,探求了各种因素的影响,为实现药渣能源化利用提供了指导。     

基于CO2原位捕集的生物质热解制氢

以谷壳作为生物质研究对象,在石英管反应器中研究了基于CO₂原位捕集的谷壳热解制H₂,考察了不同温度、不同的CO₂捕集剂（CaO）配比对其热解的产气量、气体中H₂的体积分数的影响。实验结果表明,谷壳热解的产气量随温度的升高而增大,当反应温度在800℃时有最大产气量340mL/g;捕集剂CaO的添加通过原位吸收CO₂促进相关反应向生成氢气的方向移动。在600℃,不同比例CaO下CO₂体积分数都保持在22%左右,谷壳热解产生的气体中H₂的体积分数为14%~26%;在700℃,当CaO与生物质质量比为1：4时,添加CaO捕集剂能够较好地捕集CO₂,有效提高H₂的体积分数,此时获得较高的H₂产率41%,较低的CO₂体积分数16%,CaO的捕集率为64%;GC-MS表征分析发现,CaO在800℃的温度下对热解过程中产生的焦油有部分催化裂解效果。     

松木屑生物质热解特性研究

以氮气为载气,采用热重分析仪对松木屑进行热解实验,考察了载气流速、升温速率等对松木屑热解过程的影响,求解了热解表观动力学参数。研究表明,松木屑的热解过程分三个阶段,主要热解温度为200～450℃,600℃后热解反应基本完成;载气流速对热解反应影响较小,升温速率对热解反应影响较大;松木屑热解表观活化能在40～70 kJ/mol范围内。     

干馏层气氛对半焦结构及其CO2气化活性影响

固定床煤气化炉中气氛对干馏层生成半焦的活性影响较大。对不同气氛下制得的半焦进行了CO₂气化活性实验,并采用拉曼光谱和氮吸附对半焦进行了表征。结果表明：与N₂气氛下制得的半焦相比,通入其他气体可以提高半焦的CO₂气化活性,单组分中H₂O气氛下制得的半焦的CO₂气化活性最强,双组分中CO₂+H₂和CO+H₂O气氛下制得的半焦的气化活性明显增加,而且双组分气氛下的CO₂气化活性比前者强;半焦比表面积的增加有利于其CO₂气化活性的提高,但半焦化学结构的变化对其CO₂气化活性的提高作用更明显。