不同钙基吸收剂对玉米秸秆热解气化制氢特性的影响

为了揭示不同钙基吸收剂对生物质热解气化制氢特性的影响机理,以玉米秸秆为原料在一个两段式热解气化装置上研究了添加不同钙基吸收剂对其制氢特性的影响,结果表明:煅烧石灰石、煅烧碳酸钙和煅烧白云石等3种吸收剂的添加均可有效吸收玉米秸秆热解气化过程中生成的CO_2,促进水气变换(WGS)反应的平衡向右移动,从而生成更多H_2;同时,吸收剂的主要组分CaO还可催化玉米秸秆热解挥发分的裂解与气化反应以及WGS反应,从而显著提高产气中H_2的体积分数与产率。另外,煅烧白云石中的含镁组分还显示出对气化过程以及CO_2吸收具有进一步的催化作用,使得其在玉米秸秆热解气化过程中可获得更高的H_2体积分数(71.8%)和产率[224.5 m L/(g db biomass)]。     

湿牛粪催化热解制取富氢气体

以SiO_2、CaO、牛粪灰以及K_2CO_3为催化剂,对湿牛粪进行热解气化制富氢气体的试验研究。结果表明,各催化剂对牛粪热裂解反应催化作用的强弱顺序依次为K_2CO_3牛粪灰CaOSiO_2。在催化反应过程中,SiO_2的催化方向是牛粪热解液化产焦油方向而非热解气化产热解气方向,CaO对牛粪热解产焦油和产热解气均具有较好的催化作用,牛粪灰的催化作用主要表现在焦炭与水蒸气的蒸汽重整反应上,而K_2CO_3主要表现在焦油的二次裂解与蒸汽重整反应上。从经济成本与催化效果角度综合考量,牛粪灰催化湿牛粪热解制取富氢气体具有良好的实际应用价值。     

生物质热解气化制备二甲醚合成气的灰关联分析

通过制备二甲醚合成气的生物质慢速热解气化实验,得到了热解气化炉中主要可调节参数热解温度、进料速率等与生物质热解气中H_2、CO等含量的数据.利用灰色关联方法,分析了主要可调节参数与生物质气中H_2、CO含量及H_2/CO比值的关系.结果表明:热解温度对生物质气中心、CO含量及H_2/CO比值的影响最为明显(其关联度为(0.705,0.760,0.641)),进料速率次之,罗茨风机抽气速率最弱;CO含量受3个主要可调节参数的影响最为明显(其关联度为(0.760,0.628,0.709)~T).根据该实验制备H_2/CO比值接近2的二甲醚合成气的目标和灰关联分析结果,提供了增大H_2/CO比值的方法.找出了热解气化炉中的可调节参数中影响生物质热解气体产物H_2、CO含量的主要参数,为生物质热解气化合成二甲醚中制备较高含量的H_2、CO及合适H_2/CO比值的合成气提供了前提条件.     

不同气氛对生物质热解的影响

在下落式管式炉上研究两种惰性气氛(N2和CO2)对生物质热解产率和液体产物的影响,测定不同气氛下的快速热解和催化热解(HZSM-5为催化剂)的产率,并利用气质联用仪(GC/MS)分析热解油的成分。研究表明,改变热解气氛对结果产生明显影响。CO2对快速热解和催化热解均有不利影响,导致液体产率降低而固定碳和结焦产率上升,热解油的成分复杂化,抑制热解过程的芳香环化反应,使产物结构中出现甲氧基支链,同时在催化热解中促进稠环芳烃的生成。     

基于热红联用分析的木质素热裂解动力学研究

利用热重红外联用系统对生物质的主要组分木质素进行了热裂解动力学研究.在用红外固体压片法研究木质素结构的基础上得到不同升温速率下木质素热裂解的热重曲线.实验结果表明,随着升温速率的增加,各个阶段的起始和终止温度向高温侧轻微移动,主反应区间增加;计算得到的木质素两阶段活化能分别为58.41 kJ/mol和119.98 kJ/mol.与纤维素热解气的联机红外分析谱图相比可知木质素热解过程中气体析出机理复杂,主要生成CO、CH4和呋喃等产物.     

纤维素热解的TG-FTIR分析

以生物质主要组分纤维素为原料,在热重-红外光谱联用仪上对纤维素分别以5,10,20,40℃/min的升温速率进行了热解实验研究,考察了纤维素的热解特性及轻质气体析出规律。结果表明:较高的升温速率能促进热解反应的进行,升温速率可作为影响最大热解失重速率对应温度(Tp)的一个重要因素,Tp会随着升温速率的增大而升高;纤维素热解过程中,热解气体的最大析出峰都对应于给定升温速率下的DTG失重峰;4种主要轻质气体(H2O,CO,CO2和CH4)均表现为双峰特性,且CO气体在热解后期的析出规律与CO2,H2O和CH4气体的析出规律不同;不同官能团键的断裂和重整,致使小分子气体组分和析出量的差异很大,热解过程中,羰基(C=O)和醚键(C-O-C)的断裂对CO2的生成影响显著;在低温区间CO的析出主要源于C-O-C的断裂,而在高温区间二芳基醚的分解则是CO产生的主要原因;CH4气体的析出主要由甲氧基(CH3O-)的伸缩振动引起。     

准东煤与玉米秆共热解特性及气体产物释放规律

利用热重-质谱联用(TG-MS)和原位漫反射傅里叶变换红外光谱(in situ DRIFT)等实验手段对准东煤与玉米秆的混合样品进行共热解实验,研究了共热解中主要小分子气体(H_2、CH_4、CO和CO_2)的释放规律,探讨了样品中官能团对小分子气体释放的影响。结果表明:准东煤与玉米秆共热解组分相互作用,当玉米秆与准东煤的掺混比K≤0.4时,加入玉米秆可以促进混合样品的热解失重,且K=0.2时促进作用最优,此时玉米秆中高含量的碱金属和热解时产生的大量H自由基会催化热解,能提高H_2、CO和CO_2小分子气体的生成量,并且强化去甲烷化反应;加入玉米秆促进了官能团的脱氢缩聚进程,大量含氧官能团会催化混合样品中半挥发性有机组分的裂解和重组。     

载镍橄榄石催化剂对棉秆热解的影响

为了揭示催化剂对生物质热解过程的影响,文章以新疆棉秆为原料,研究了橄榄石及载镍橄榄石(NiO-olivine)对棉秆热解产物的影响规律,并对其物理、化学性质进行表征。研究结果表明:催化剂对生物质热解起到双重作用,一方面,促进半焦的进一步热解,提高生物质热解过程中碳的转化率和原料的利用率,另一方面,对热解焦油的裂解具有较好的催化作用,促进了焦油和甲烷的裂解/重整反应,从而提高了气体产率,H2含量提高一倍。生物质热解过程中,催化剂表面的NiO被热解气还原形成单质Ni充当活性中心;随着热解温度的升高,催化剂的催化效果更加明显;随着NiO负载量的增加,催化剂的催化活性不断增强,当负载量大于7%时,催化剂的自还原消耗大量的热解气导致产气中的H2和CO含量大幅度降低,CO2和H2O含量增加。该研究结果有助于深入了解镍基催化剂对生物质热解的影响机制,为生物质催化气化提供参考依据。     

生物油热解气化的TG-FTIR分析

该文主要目的是了解生物油的热解气化特性及气体产物的析出特性,采用木屑快速热解生物油为对象,利用热重与傅立叶红外分析仪联用对生物油的热解气化行为进行实验研究。实验结果表明生物油的热解分为两个阶段:挥发分的快速析出(200～300℃)与生物油的碳化,生物油的热解气化符合三维扩散模型,且随着升温速率的升高热解活化能先升高后降低。红外分析结果表明生物油热解气化的主要气体产物为CO、CO_2、CH_4、H_2O和碳氢化合物等小分子气体,有机化合物的析出主要在低温段,而生物油中重质组分的裂解主要在中高温度段。     

氧化铁对煤流化床热解特性影响的实验研究

为了分析Fe_2O_3对煤热解特性的影响,以准格尔烟煤为原料,在小型流化床反应器上,温度范围为500～800℃内,对添加Fe_2O_3质量分数分别为0%、5%、10%、20%的煤样进行热解,并对其热解产物产率和气体组分进行分析。结果表明:Fe_2O_3在整个温度范围内会明显降低焦油产率,却促进热解水的产生。Fe_2O_3对半焦和气体的影响特性与温度有关:在低温区,Fe_2O_3会催化胶质体的芳构化作用和缩聚反应,抑制胶质体的裂解反应,从而增加半焦产率,减小挥发分(热解气体和焦油)产率;而在高温区,半焦会和Fe_2O_3发生反应,使得CO和CO_2产率上升;另外,Fe_2O_3会明显改变热解气组分。温度较低时,Fe_2O_3会促进煤中的含氧自由基重新结合,抑制CO和CO_2的生成,随着温度的升高,Fe_2O_3与多种还原性气体(CO、H_2、CH_4)发生氧化还原反应,多种反应竞争下,使得Fe_2O_3对各气体的促进程度不同。     

生活垃圾与柳树枝共热解研究

在热重分析仪和固定床热解炉上进行柳树枝对生活垃圾热解特性影响研究,考察了柳树枝对生活垃圾热解失重率、热解活化能、热解产物产率、热解气组成的影响。热重分析结果表明,生活垃圾(M)、柳树枝(W)及生活垃圾和柳树枝混合物(MW)在265~600℃时失重最明显,当热解温度为600℃时,3种样品的失重率分别为61.41%,57.81%和70.31%;热解动力学分析表明,MW的热解活化能低于M和W,且低于MW理论活化能;固定床热解实验表明,当MW混合比例为4∶1时,热解产物理论值与实验值差距最大,M和W热解过程中存在明显协同作用;对MW热解气组成分析发现,随着W添加比例的增大,热解气体中CO_2产率下降,CH_4,H_2产率增加,当MW混合比例为4∶4时,CH_4和H_2产率分别提高1.13 m L/g和2.53 m L/g,CO_2产率降低1.68 m L/g。     

木质素与高密度聚乙烯共热解特性研究

生物质与塑料共热解是一种非常有效的生物质利用方法之一,但由于生物质结构的复杂性,共热解过程的机理尚不明晰。木质素是生物质的主要组分之一,本文通过热重-质谱联用仪和裂解器-气相色谱质谱仪研究其与高密度聚乙烯共热解过程,获取共热解特性及热解产物分布特性,以揭示共热解过程机制。结果显示,木质素与高密度聚乙烯共热解过程存在协同效应,使得热解失重速率加快,热解固体残渣含量减少。共热解过程有利于CH₄、H₂O、CO和C₂H₄的生成,抑制CO₂的生成。同时,酚类、醇类和糖类等含氧化合物产量减少,烷烃和烯烃类化合物产量增加。结果表明,共热解过程会发生氢转移现象,氢与木质素衍生热解产物结合发生反应,从而抑制含氧化合物的生成,促进烷烃类和烯烃类化合物生成。     

自由落下床中稻草与煤高温快速共热解特性研究

在自由落下床中对稻草、神府烟煤、凤矿无烟煤以及稻草与两种煤的混合物进行高温快速共热解试验,考察不同热解温度、不同稻草质量掺混比下稻草与煤共热解过程中的协同作用。研究结果表明:随着稻草质量掺混比的增大,热解气总产率逐渐增大,热解焦产率逐渐减小;热解产物产率的实际值与理论值不同,800℃共热解时焦油产率高于理论值,协同作用促进焦油的生成;1000~1400℃时气体总产率高于理论值,协同作用促进气体的生成;在800℃时热解气中CO的生成受到抑制,高于1000℃时,共热解促进CO、H_2的生成。稻草与神府烟煤共热解焦的反应活性明显高于稻草与凤矿无烟煤共热解焦;当稻草质量掺混比为40%、60%时共热解焦活性降低,当稻草质量掺混比大于60%时,共热解焦的反应活性则逐渐提高。     

基于TG-FTIR的生物质加压热解试验研究

运用热重-傅立叶红外光谱联用技术(TG-FTIR),以麦秸为对象,探讨催化与非催化条件下生物质的加压热解特性,分析研究热解压力、温度、催化剂种类对生物质热解主要析出产物的影响。通过热重TG和DTG曲线,获得相关热解特性参数及动力学参数,结果表明添加NiO和CaO的加压催化热解均促进麦秸热解反应进行,降低表观活化能,其中NiO对提高热解析出产率作用更显著。通过红外光谱对热解产物的分析表明,提高热解压力以及加入适当的催化剂NiO和CaO均有利于增加CO和CH_4的生成。而且热解压力增加提高了NiO和CaO的催化作用,其中添加NiO时,在800℃以上具有更好的催化作用,且提高压力更有利于促进CH_4的生成;而添加CaO时,提高热解压力有利于减少CO_2的生成。     

生物质快速热解气相成分析出规律

利用恒温沉降炉对秸秆、稻壳、木屑及一种烟煤煤粉在900、1000、1100℃ 3个温度进行了快速热解试验,对4种燃料在快速热解过程中气相成分析出的规律进行了研究.生物质成分中高的挥发分、氧、H/C决定了其快速热解会取得比煤粉高的气相产率,木屑的气相产物产量最多,秸秆次之,稻壳最低.4种燃料热解气相产物中的主要成分是CO、H_2、CO_2、CH_4,少量的G_2H_4、C_2H_6、NO、HCN、COS,生物质和煤粉在快速热解及短的停留时间内,其析出的氮前驱物为HCN.快速热解析出的气相成分产量及组分分布与燃料种类、热解温度、热解停留时间相关.几种物料共同的规律是随停留时间的延长,气相产物的量不断地增加,当气相产物的产量趋于平稳时,相应的气相产物的各组分趋于恒定,这一停留时间标志着热解过程的结束,相同温度条件下煤粉的热解速率要慢于3种生物质.     

超细煤粉快速热解轻质烃释放规律与机理分析

为了更详细地了解超细煤粉在热解时的反应机理,在高温管式沉降炉中,当炉膛温度为1 030℃、1 130℃、1 210℃和1 310℃时对煤粉进行快速热解实验,并测定热解气中轻质烃各组分的释放量。结果表明:随着煤粉粒径的减小,在大多数热解温度下轻质烃中CH_4,C_2(C_2H_2、C_2H_4、C_2H_6)和C_3H_8释放量先增加后减少;低阶煤的轻质烃释放量大于高阶煤;热解气氛对热解产物的释放量影响较大,CO_2气氛下轻质烃各组分的释放量明显小于N_2气氛下。     

生物质热解过程气体产物释放特性的研究

生物质热解是一种重要的热转化技术,同时也是生物质气化、燃烧与液化等热转化过程的初始阶段,因此生物质热解的研究具有很好的理论意义与应用前景。基于这样的背景,选用固定床反应器,以白松、花生壳和稻秸为生物质样品,对其慢速热解的各相产物、产率进行比较,然后对不同生物质的热解气体产物进行分析,最后深入考察碱金属催化剂(K2CO3)对于不同生物质催化裂解过程所产生的影响。结果表明,在相同慢速热解条件下,稻秸的制氢效果最为明显。在加入碱金属催化剂后,发现相较于白松和稻秸,K2CO3对于花生壳的催化制氢效果尤为显著。     

生物质三组分混合热解耦合作用研究

利用热重分析仪,研究不同比例混合的生物质三组分(纤维素、半纤维素和木质素)的热解过程,并将计算热失重曲线与实验热失重曲线进行对比研究,探讨热解过程中三组分之间的相互作用。结果表明:纤维素对半纤维素的热解无明显作用,而足量的纤维素能减少木质素的固体残渣产率;半纤维素能增大纤维素的主要热解温度区间,使纤维素的失重峰向高温侧移动和降低纤维素的失重速率,但对木质素无明显作用;木质素能降低纤维素的失重速率,且较多的木质素能增大半纤维素的失重速率。生物质混合样品的动力学分析结果进一步验证了三组分之间的相互作用。     

CO2/N2气氛下煤粉热解气化特性研究及动力学分析

采用热重分析仪在CO_2/N_2气氛下对煤粉进行了非等温热解气化实验研究,分析了程序升温速率和CO2浓度对煤粉热解、气化特性的影响,并采用Coats-Redfern法、FWO法和KAS法对煤粉热解、气化过程进行了动力学分析。实验结果表明:在CO_2/N_2气氛下,随着程序升温速率的升高,热解和气化反应速率均增大,表观活化能均减小。在CO_2/N_2气氛下,CO2不会影响煤粉的热解过程,而对气化过程有决定性影响,CO2浓度越高,气化反应速率越大,表观活化能越大。在CO_2/N_2气氛中煤粉气化反应的表观活化能E和表观指前因子A之间具有动力学补偿效应。在相同气氛下,煤粉气化反应的表观活化能随转化率的增大而减小。     

高温移动床废轮胎与生物质直接热解制气性能研究

对以不同比例组成的废轮胎与生物质均匀混合物在移动床内高温直接热解的制气性能进行了研究,考察了温度和废轮胎含量对产物产率、气体组分以及热值等影响。结果表明,温度对直接热解气产率和热值影响较大,温度越高,气体产率越大而热值越小;混合物中废轮胎含量增大,热解气中碳氢气体含量增多而含氧气体减少,气体产率逐渐减小而热值增大。温度升高,合成气(H2+CO)含量和H2/CO比值均增大;废轮胎含量增大,合成气(H2+CO)含量和H2/CO比值先增大后减小。当热解温度为1 000℃,废轮胎含量为35%时,热解产物中(H2+CO)含量最高为61%,且H2/CO的比值达到最大值为1.53,有利于作为工业合成气原料。同一温度下,混合物直接热解气热值远远高于生物质单独热解,说明废轮胎的掺入有助于优化热解气组成,提升燃气品质。