花生壳和松木屑固定床低温热解特性的实验研究

分别以花生壳和松木屑为原料在固定床上进行低温热解实验,探究热解温度对热解产物产率的影响。利用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)对热解所得生物油组分进行定性分析,并对生物油中的愈创木酚进行定量分析。结果表明:花生壳和松木屑热解过程中半焦的产率都随热解温度的升高而降低;生物油的产率都随热解温度的升高先升高后降低,且都在500℃达到最大值,最大产率分别为13.14%和20.41%;热解气体的产率都随热解温度的升高而升高。两种生物质热解生物油中各类组分的含量随热解温度的升高发生不同的变化,其中愈创木酚的含量都随热解温度的升高先升高后降低,并在400℃达到最大值。     

生物质燃气中焦油净化的试验研究

对生物质燃气中焦油的净化进行试验研究,通过在喷淋塔前设置空冷塔的焦油净化系统,并以稻秸秆为原料考察热解温度对生物质燃气中焦油在空冷塔和喷淋塔中的分配情况及化学组成的影响。结果表明,生物质燃气中80%的焦油可在空冷塔中富集,当热解温度由500℃升至750℃时,空冷塔中焦油的占比由84.26%降至80.55%,喷淋塔中焦油占比由15.74%升至19.45%;生物质焦油中超过99%、81%、84%和93%的酚类化合物、烷烯烃、含氮化合物和含氧化合物(除酚类化合物外)在空冷塔中富集,而超过76%的芳烃及其衍生物在喷淋塔中富集。     

不同温度下木屑热解制备木醋液实验研究

对木屑在不同热解温度下制得的木醋液产率、基本理化性质及其有机成分进行分析。结果表明:随着热解温度的升高,粗木醋液产率增大,精制木醋液产率先升高之后有所降低,在350~450℃内,产率相近,最高可达约25%;精制木醋液密度、pH值随温度变化趋势不明显;总有机酸含量在250℃最高可达13.211%。采用GC-MS对有机成分进行分析,结果表明:各热解温度下所得的精制木醋液主要组分为酸类、酮类和酚类;在该实验条件下,精制木醋液中的酸类化合物在250℃下已大量析出,酮类化合物的种类和相对含量在350℃时已基本稳定,酚类化合物在450℃下基本析出。     

生物质热解参数对焦碳生成特性及产氢率的影响

选取一定量筛分干燥后的松木屑作为实验材料,同时选取煅烧白云石粉及橄榄石粉作为实验反应催化剂.在石英管式炉上650～900℃温度范围内分别完成松木屑、松木屑与催化剂混合物的快速热解过程以及热解焦碳的气化反应过程.木屑低温热解时焦碳产生量多、比表面积大、气化活性好;白云石与木屑混合热解后焦碳产生量显著增多,优于橄榄石,低温热解产物潜在产氢率高.较低温度热解焦碳与水蒸气气化反应产气中氢体积含量可超过70%.     

核桃壳热裂解产物有机结构演变规律

采用TG-FTIR、Py-GC/MS对核桃壳热裂解过程及产物进行研究,利用1H-NMR和13C-NMR对热解炭结构进行分析,探讨热裂解产物有机结构演变规律。结果表明:核桃壳热裂解分为干燥脱水,快速热裂解和残余物缓慢热裂解三个阶段,快速热裂解阶段是主反应阶段,失重可达总失重的89%。不同热解温度下的液态产物成分不同,且随着热裂解温度的升高,低温下形成的热解液会发生二次反应生成新的热解液成分,热解温度由400℃升至600℃,液态产物完成了由酚类、醇类、酸类向酯类、芳香类的转化。升温核桃壳热裂解过程中的气态产物为H_2O,CO_2,CH_4和CO,在357℃时达到最大产量。随着热解温度由300℃升高到800℃,核桃壳热解炭由以苯环、烷烃链、甲氧基、羟基、羰基为主要结构转化为90%以上的芳香结构。     

水热提质对木屑燃烧特性和热分解特性的影响

水热处理有效解决了其它热转化技术中湿物料的脱水和干燥问题,避免了复杂的干燥和昂贵的分离程序。文章以松木屑为原料,利用水热技术对其进行提质,研究松木屑在不同水热提质温度提质后的燃烧特性和热分解特性。结果表明:随着水热提质温度的升高,燃烧反应的峰值提前,燃烧温度区间变大,燃烧速率变小,热解残留量增多;水热提质温度为260℃时,木屑的平均燃烧反应速率由0.111 min-1降至0.105 min-1,降幅为38.2%;热解残留量为0.54,是原木屑残留量(0.24)的2.25倍。动力学分析表明:水热提质温度低于240℃时,燃烧反应为二级反应;水热提质温度为260℃时,为一级燃烧反应,木屑的燃烧反应趋于简单,活化能显著降低,燃烧性能得以改善;随水热提质温度的升高,热解反应趋于复杂。水热提质有助于稳定木屑燃烧过程,有利于燃烧过程优化控制。文章的研究结果可为高含水、低能量密度生物质的高效利用提供借鉴。     

裂解温度对生物质热解焦油成分的影响

以锯末粉体为生物质热解焦油研究对象,研究了热解温度对焦油产量和焦油化学成分的影响规律,结果表明,热解温度为500℃时,生物质热解产生的焦油量最大,温度过高或过低都有利于焦油的减少。不同热解温度下,焦油中碳氢化合物的成分主要是芳香烃和少量的脂肪烃,含氧化合物主要是苯酚及其烷基衍生物,含氮化合物主要是吡啶、吡咯及其烷基衍生物等杂环化合物。     

松木屑催化热解及热解油分析

以松木屑为原料,选取无水Na2CO3、无水Al2O3、凹凸棒土、ZSM-5共4类催化剂,利用管式炉实验及色质联用(GC-MS)分析仪进行热解特性研究,探索了热解产物产率和组分特性的变化规律.实验结果表明,松木屑在热解温度为550,℃时,产油率达到最大值51.47%(质量分数);无催化剂条件下松木屑热解油主要成分为酸类化合物,加催化剂条件下松木屑热解油主要成分为酸类和酮类化合物,催化剂的加入主要影响了呋喃类、醇类、糖类和含氮类化合物的质量分数.ZSM-5催化剂的催化性能最佳,其能够提高热解油产率,其对应的热解油中酯类、呋喃类和芳香族类等能够提高热解油品质的化合物质量分数均较高,而糖类、含氮类等化合物质量分数较低,能够提高热解油的稳定性.     

烟煤与油页岩热解液体产物组成及性质的研究

本文以两种烟煤和一种油页岩为原料,利用处理量为2.5 kg/h的热解实验装置进行煤与油页岩的热解实验,采用CP-3800和GC/MS分析仪分析了热解液体产物的组成及性质,实验结果表明:液体产物主要由长链烃、酚类化合物及稠环芳烃化合物等组成.在435℃、481℃、555℃时,六级煤液体产物中含量最高的分别为:长链烃、非酚含氧化合物、酚的衍生物;440℃时,造气入炉煤焦油中长链烃含量达到50.85％,油页岩在430℃时,长链烃占焦油总量的55.464％.     

铜渣耦合木屑制备可燃气的热力学分析

从生物质的热解原理出发,以木屑为原料,使用热重分析方法研究了木屑的热解特性,并基于能量平衡对热态铜渣耦合生物质余热利用系统进行热力学分析。根据实验结果,木屑在热解终温分别为400、500、600、700、800℃时热解需热量分别为335、373、430、513、643 k J/kg。随着热解温度的升高,铜渣余热利用率逐渐增加,在800℃的热解温度下,铜渣余热利用率达86.78%。1 250℃的铜渣冷却至常温余热量达1 574.26 k J/kg,在热态铜渣耦合木屑反应体系中,气化1 kg的木屑只需1.92 kg的铜渣,系统的热损失为37.07%,能量转化率达69.46%,可产生热值为13 319 k J的可燃气。针对铜渣富含碱金属并含有大量余热的特点,铜渣耦合生物质制备可燃气具有很大的工业应用前景。     

Fe2O3添加对松木屑热解的影响特性分析

为了探究松木屑粉末在不同比例的Fe_2O_3添加下的焦油产率、残炭产率、气体产率和气体组分的变化规律,采用热重和管式加热炉热解的方法对松木屑粉末进行实验研究。实验在N_2气氛保护下,以50℃/min的速率升温,终温分别为350、450、550、650和750℃时研究松木屑粉末的热解变化规律。实验结果表明:随着温度的升高,在无添加下松木屑粉末的焦油产率和气体产率逐渐升高,而残炭产率有所下降。分析气体组分变化可知,随着温度的升高CO_2下降趋势较为明显,CO与C_nH_m基本保持不变,CH_4与H_2出现明显上升。添加Fe_2O_3可以有效降低松木屑粉末的焦油产率、残炭产率,提升气体产率,原料中Fe_2O_3比例越高效果越明显。添加15%Fe_2O_3在750℃时的焦油产率相比于纯松木屑热解降低4.25%,气体产率提升8.57%,此时的H_2产率为44.42 L/kg,表明Fe_2O_3具有良好的催化效果。     

基于Py-GC/MS的葵花秆热解产物组成结构研究

采用热解-气质联用仪(Py-GC/MS)研究了葵花秆热解产物组成与热解温度的关系。通过加入内标物(1,3,5-三叔丁基苯)对热解产物进行了定性和定量分析。结果表明:当热解温度为300~400℃时,热解产物分布较宽,低沸点产物较少,主要为高沸点产物;热解温度为500~700℃时,主要以低沸点热解产物为主,高沸点产物较少。初步鉴定了40多种化合物,热解产物除CO2外,主要有酚、酮、酯、醛、醇、酸、芳香类和杂环类等,其中,酚类化合物最多,其次为芳烃类物质,杂环类物质最少。热解温度和热解时间是影响热解产物分布的主要因素。     

淖毛湖煤加氢转化过程中硫和氮的迁移规律

基于硫、氮含量对新疆低变质煤热解炼制油气品质的重要影响作用,本实验通过建立多功能煤热解转化实验台,并结合XPS先进测试方法,充分考察了不同温度对新疆淖毛湖煤加氢转化中硫、氮迁移规律的影响.研究结果表明,原煤和低温半焦中的硫主要为噻吩硫、硫砜和硫酸盐等.低温热解条件下主要为不稳定有机硫的分解;当热解温度高于600℃时煤焦表面形成大量硫化物;随着温度的进一步升高,硫酸盐在高温热力环境下逐渐分解.原煤中的氮主要为吡咯氮及少量氮氧化物.低温热解阶段吡咯向吡啶转化,高温阶段吡咯和吡啶向季氮快速转化.当热解温度升高至800℃时,吡咯氮转化完全,季氮和吡啶氮为半焦中氮的主要形式.     

利用Py-GC/MS研究温度和时间对杨木粉催化热解制芳烃的影响

文章以ZSM-5分子筛为催化剂,采用Py-GC/MS反应装置研究不同反应条件(热解温度和热解时间)下杨木粉催化热解制备芳香烃类化合物的反应性能,并重点分析芳香烃化合物的组成及其产率随反应条件的变化。研究结果表明:ZSM-5分子筛催化剂能够显著提高芳香烃类化合物的产率;当热解时间固定为25 s,热解温度为400~800℃时,芳香烃类化合物均为主要产物,当热解温度为600℃时,芳香烃类化合物的产率最高,随着热解温度的继续升高,芳香烃类化合物的产率先降低后增加;当热解温度固定为600℃时,芳香烃类化合物的产率在热解时间为25 s时达到最大值,并随着热解时间的继续延长先降低后增加。     

餐厨垃圾典型组分的热解产物分布特性

基于餐厨垃圾复杂组分导致的热解机理尚不明确,文章研究了餐厨垃圾典型组分淀粉与蛋白质的热解特性。研究结果表明：当热解温度为300～700℃时,淀粉的热解油产率高于蛋白质;当热解温度为500℃时,淀粉具有最高的热解油产率（62%）,热解油的主要组分为呋喃类衍生物和糖类;当热解温度为400℃时,蛋白质具有最高的热解油产率（46%）,热解油主要由含N杂环、酚类和酰胺/胺类等物质组成,且其中芳香族化合物的含量要显著高于淀粉热解油;在淀粉与蛋白质热解过程中,其热解焦表面的化学结构差异明显,其中蛋白质热解焦中N-H键和氨基酸结构的C=O键的强度随热解温度的升高而降低,而淀粉热解焦中酮类结构的C=O键的热稳定性较好,在高温下,其强度会有所增加。     

纤维素热解生物油特性研究

为深入了解生物质热解生物油的特性,对生物质的主要成分纤维素热解生物油的析出和演变特性进行研究。在固定床上研究纤维素在不同温度(280~550℃)下的快速与慢速热解以及不同气相停留时间对纤维素生物油特性与组成的影响。研究表明,纤维素快速热解生物油由左旋葡聚糖及大量脱水糖组成,还有少量呋喃衍生物(如糠醛、5-羟甲基糠醛等)。慢速热解时产生的脱水糖种类较少,但小分子化合物种类更多。随着气相停留时间的缩短,液体产物中左旋葡聚糖含量逐渐升高,酸、醛等小分子消失。     

升温速率对杨木屑热解特性的影响

将杨木屑在不同升温速率（10℃/min,15℃/min,20℃/min,25℃/min和30℃/min）下进行热解,基于TG和DTG、温度特征值、失重率及热解产物产率分析不同升温速率下杨木屑的热解规律,利用FWO法计算热解动力学参数,对精制后的焦油进行GC-MS检测,分析其主要有机成分及变化规律。实验表明,杨木屑样品主要失重的温度区间为210～400℃。杨木屑的失重率与升温速率成正比,升温速率的提高会导致温度延迟现象加重。由FWO法求得杨木屑样品的热解反应活化能平均值为129.9kJ/mol。热解产物产率表明,升温速率提高,固相和气相产物产率降低,液相产物产率提高。GC-MS检测结果表明,精制后的焦油主要成分为醇类、苯酚类、酯类、醛类、酸类、糖类、吡啶、烯烃类等有机化合物,其中随着升温速率的提高,酚类、酸类、醇类和醛类的相对含量下降但酚类的表现最为明显。     

木屑热解挥发物冷凝特性及实验研究

文章建立了生物质热解挥发物冷凝特性参数测试系统,开展了木屑在热解温度分别为400,500,600℃下的热解挥发物冷凝特性研究。结果表明,在同一热解温度下表面换热系数均随x轴向距离的增加而减小,在入口段中,400℃生物质挥发物的表面换热系数高于500℃和600℃的实验值。对实验值进行模型拟合,Nusselt模型和f因子模型均不适用于木屑不同热解温度挥发物的冷凝特性的模拟。通过指数衰减曲线方程对实验值进行拟合,得出的方程能够较好模拟木屑热解挥发物冷凝特性,可为连续热解装备中生物油冷凝器的设计提供参考。     

升温速率和水分含量对木屑热解过程和特性的影响

以木屑为研究对象进行热重分析试验,利用TG/DTG曲线分析了木屑热解的基本特性,包括热解区间、最大热解速率对应的温度、不同加热速率和水分含量对热解过程的影响.试验结果表明:木屑的失重过程主要由干燥、预热、挥发分析出和炭化4个阶段组成;随着升温速率的增大,TG和DTG曲线移向高温区,半焦产率降低;水分含量的增大在一定程度上促进了木屑热解反应的进行,使半焦产率升高.     

快速热解生物油柱层析分离与分析

利用柱层析分离与分析了自由落下床反应器中杏核和玉米芯快速热解油。生物油经脱水、抽提分离出沥青烯后，柱层析分离成3个馏分：环己烷洗脱馏分（B1馏分），主要是四环以下无杂原子、无取代基或简单取代基的芳香化合物；苯洗脱馏分（B2馏分），主要是单环的酚类化合物；甲醇洗脱馏分（B3馏分），主要是极性化合物。实验结果表明，热解温度对生物油的产率和性质影响很大：生物油及沥青烯的产率在600～700℃范围内达到最大值；随温度的升高，大分子化合物裂解成小分子化合物，含复杂取代基的化合物裂解生成含简单取代基或者无取代基的化合物。实验结果也表明生物油中萘、甲基萘等主要来自于纤维素和半纤维素的热解，酚类化合物主要源自于木质素的热解。