预测生物质热解动力学参数的随机森林模型

基于大量已发表的生物质热解实验数据,采用数值方法拟合全局反应热解模型的动力学参数,建立生物质热解的训练和验证数据库,并利用随机森林算法研究生物质热解动力学参数与生物质种类和加热条件之间的非线性关系,发展预测生物质热解动力学参数的随机森林模型. 训练和验证的结果显示：随机森林模型能够较好地预测训练数据库中的生物质热解的动力学参数(R²>0.92),并能够准确预测验证数据库中的多种生物质的热解过程(R²>0.93). 此外,变量重要性分析结果显示：纤维素质量分数对于反应级数和活化能影响较大,木质素对于反应级数的影响最大. 加热条件对于活化能的影响可以忽略,但是对指前因子和反应级数的影响显著.     

生物质秸秆热解反应及动力学分析

为了对生物质热解设备进行分析和计算,用热重分析仪分别对稻草和玉米秸秆在不同升温速率下进行了热分析研究。结果表明:稻草和玉米秸秆的热解特性基本一致,热解过程可以用同一种模型描述;随升温速率的提高,热解最高速率及其对应温度明显提高。氮气气氛下第一阶段的热解较滞后,空气气氛下DTG失重峰均有提前。并利用Coats-Redfern法计算得到了稻草和玉米秸秆在不同升温速率下的反应动力学参数,为进一步研究生物质的实际热解过程提供了基本的理论依据。     

两种我国常见生物质的热解特性研究

联用动态热重分析(TG)和微商热重分析(DTG)研究米糠和木屑的热解特性,结果表明:米糠试样和木屑试样的热解发生在200℃～500℃之间,分两步进行.通过分析对比米糠和木屑的热解特征曲线得出,米糠试样相对于木屑试样具有较高的难挥发组分含量和较低的热稳定性.     

非木质生物质/废塑料共热解热重分析及动力学研究

对非木质生物质(稻草)、废塑料(农用地膜)及其混合物的热解行为进行了研究。实验结果表明,非木质生物质的失重温度区间较塑料的失重温度区间宽,由于生物质的灰分和固定碳含量高导致转化率低于塑料。非木质生物质/废塑料共热解时二者存在明显的协同效应,动力学分析结果表明,采用一级反应模型能很好地拟合实验数据。塑料单独热解时可用1个一级反应模型描述,生物质单独热解时可用2个连续一级反应模型描述,而生物质/塑料热解则需用4个连续一级反应模型来描述。其活化能为64.6~306.6 kJ/mol,指前因子为1.1×104~3.0×1022。     

生物质热解焦对模拟烟气中汞吸附特性的实验研究

以桑树枝、核桃壳、麦秆和稻秆4种生物质为原料,利用固定床热解实验台制备不同的生物质热解焦,采用比表面积与孔隙度分析仪测量了生物质热解焦的比表面积及其孔隙结构参数.利用固定床吸附实验装置,研究了生物质种类、热解温度、吸附温度及汞初始浓度等因素对模拟烟气中汞吸附性能的影响.结果表明:(1)在相同的热解和吸附条件下,核桃壳热解焦的吸附效果最好,其次是桑树枝热解焦和麦秆热解焦,稻秆热解焦的吸附效果最差;(2)在热解温度为400℃～800℃范围内,600℃热解温度下所得生物质热解焦的吸附效果最好,400℃热解焦吸附效果最差;(3)在吸附温度为60℃～120℃的实验范围内,随着吸附温度的升高,单位生物质热解焦汞吸附量明显降低;(4)在汞初始浓度13.5～38.1μg/m3范围内,随着汞初始浓度的增加,单位生物质热解焦汞吸附量有所减小.     

生物质热解分布活化能模型的遗传算法实现

采用计算机matlab软件中的遗传算法程序对15K/min、25K/min、30K/min升温速率下的秸秆热解过程进行模拟分析,重点分析15K/min下的分布活化能理论计算数据和实验数据的拟合问题。其分布活化能标准值为185.43KJ/mol、标准偏差为15.78KJ/mol、指前因子为3.34×108s-1、线性相关系数为0.9983。计算结果表明遗传算法获得的分布活化能模型和实验数据具有较好的相关性.     

生物质热解液化料粒参数的优选方法

要使生物质料粒在流化床热解液化工艺装置中充分热解,必需保证物料在床中充足的停留时间以使料粒达到或超过热解温度;即必要条件是停留时间必须大于或等于热解时间。但停留时间由工艺的流化速度及流化床参数决定,热解时间则由生物质料粒在流化床中的传热过程控制,而它们均与生物质料粒参数密切相关。论文分析了生物质在热解反应塔中的传热过程,建立了气固两相流的传热简化模型,研究了热解时间和停留时间随生物质粒径的变化规律,找到了确保生物质物料充分热解的料粒参数选取的理论方法。     

糠醛渣与稻壳共热解的研究

通过糠醛渣和稻壳的共热解进行热重分析试验，发现主要热解温度区间明显的分为两个阶段，表现出不同的热解机理；共热解不是两种生物质单独热解贡献的简单叠加。在热解反应活跃区间建立与糠醛渣和稻壳共热解特性相适应的分段分级热解动力学模型，计算得到热解动力学参数。最后应用Newton—coats数值求积方法对模型进行验征，并与试验曲线进行对比，结果表明该模型具有较强的可靠性和实用性。     

国外利用生物质热解生产生物油的装置

本文介绍了国外五种典型的生物质热解液化装置，对这些装置的性能，工作原理，主要结构参数和操作过程及工业化应用前景进行了分析对比。     

固体废弃物热解特性及动力学分析研究

按照国家标准对内蒙古地区的固体废弃物进行了成分分析,采用热重分析方法研究了其热解过程.在相同升温速率和相同粒径的条件下,分析了 4种试样的热解特性,利用Coats-Redfern法对其热解过程进行了动力学分析.得出的试验数据可为固体废弃物的资源化利用提供参考依据.     

生物质组分热裂解动力学研究

为了更加深刻地了解生物质的热裂解机理，应用范氏组分分析法测定生物质各组分的质量分数，并对组分分离后的残渣进行热重分析，以得出组分在生物质热裂解中所起的作用.实验发现脂肪、蛋白质等萃取物热裂解行为类似于木质素，但反应速率较高.所有生物质中的纤维素热裂解行为表现一致，但不同生物质中的木质素因物理化学结构很不一致而导致了热裂解行为的差异，在动力学研究中不能使用木质素质量分数较大的样品替代其他种类生物质的木质素进行热裂解行为研究.     

聚丙烯热失重特性的研究

采用TG-DTA法研究了聚丙烯在不同气氛下的热失重特性,求取了反应动力学参数,探讨了聚丙烯热失重反应的机理.结果表明,氧气对聚丙烯的失重有明显的促进作用,聚丙烯的热失重反应均符合一级反应模型.     

不同混合比催化剂对生物质热解特性的影响

基于更加深入的了解生物质催化热解行为,对稻秆进行脱灰预处理(水洗和酸洗),分析灰成分中金属元素在热解过程的作用,同时尝试将K2CO3与白云石进行不同比例掺混,添加到酸洗样中,研究不同混合比催化剂对生物质热解的影响规律。试验结果表明,脱灰预处理在一定程度上阻碍了生物质的热解,水洗样在300℃附近出现肩状峰,即对生物质三组分结构上产生一些影响;而添加金属盐对生物质热解有一定促进作用,其中添加7%K2CO3试样在650℃附近热解焦产率最低,添加白云石试样在720℃以后表现出催化作用且最大失重速率随白云石比例增加而增大,当K2CO3与白云石混合比例为7∶3时,生物质热解速率最大为-0.004 5/s,且热解焦产率最小,表现出更好的催化活性。     

好氧颗粒污泥的培养及基质降解和污泥生长动力学分析

在SBR反应器中以葡萄糖为唯一碳源,以普通絮状活性污泥为接种污泥培养好氧颗粒污泥,36d后形成好氧颗粒污泥,粒径2～5mm,对COD去除率保持在90％. 对形成的好氧颗粒污泥进行基质降解和污泥生长动力学研究,得到好氧颗粒污泥基质降解动力学参数Ks/485.0(mg·L^-1),Vmax/1.2h^-1,生长动力学参数Y/0.156kgMLVSS/COD,Kd/0.30d^-1.     

TK6生物质燃料结渣特性分析与判别

生物质与煤同为固体燃料,尽管组成成分存在明显的区别,但在气化、燃烧与成灰特性等方面有许多共性,本文在分析各种生物质燃料的灰渣组成成分及其对结渣倾向影响的基础上,主要研究了若干煤结渣判别指数和生物质结渣判别指数对判别生物质结渣特性的适用性,基于11种常见生物质燃料灰渣成分的分析,对各自的结渣特性进行了判别,并与以往文献的结渣试验结果进行了比较,建议了各种判别方法的适用程度,推荐了具有较高可靠性的生物质结渣判别方法。     

正十八硫醇的合成反应动力学研究

以硫脲和氯代十八烷为原料合成正十八硫醇,在均相反应条件下,开展了其合成反应动力学研究,建立了第一步的反应动力学模型,测得表观反应级数为一级,化学反应动力学方程可表示为rA=-dcA/dt=4.602×1013exp(-13 464.27/T)cA,反应的表观活化能Ea=111.95 kJ/mol,介于一般化学反应活化能40～400 kJ/mol之间,属于化学反应控制过程;并对提出的动力学模型进行了实验验证,结果表明模型可信.     

生物质热解油及乳化油特性的研究

为了拓宽生物油的应用领域,采用间歇式给料的鼓泡流化床对典型生物质(桦木屑、玉米秸秆和稻壳)的快速热解进行了试验,对生物油、柴油与稻壳油混合的乳化油进行了分析.结果表明:木屑生物油的产率最高,生物油的热值为16～18MJ/kg,其主要成分为酸类、酚类、呋喃类、醇类和烷烃类.针对生物油难于利用的特点,将生物油与柴油乳化混合,对其乳化比例和理化特性进行了研究,发现乳化油比生物油更稳定,乳化方法简单、可行.     

基于生物质发酵的硫化氢浓度检测系统

针对分析化学法检测气体成分存在无法连续测定和现场测定的缺陷,设计了一种利用三电极电化学传感器作为气敏元件的实时检测方案检测生物质发酵沼气中的硫化氢浓度。方案以MSP430F169单片机为核心,借助电化学传感器对硫化氢浓度信息进行采集、处理、显示和传输。系统达到了实际检测的精度需求,且测量具有高度的可重复性和线性度。此外,系统采用了中位值滤波和温度补偿算法,提高了系统的稳定性。     

反硝化MBBR中生物膜和悬浮微生物的特性

移动床生物膜反应器(MBBR)是一种新型的水处理反应器.介绍了间歇式反硝化MBBR中,生物膜和悬浮微生物的特性,为实际生物膜反应器选择合适的生物膜和悬浮微生物比例及活性提供试验依据.在搅拌强度为100r/min、硝氮负荷为0.32(kg.m3)/d的条件下,以反硝化MBBR为对象,测定了系统到达稳定状态时的生物膜量、膜厚、悬浮微生物和生物膜各自占总生物量的比例以及各自的活性.试验表明,反应器内稳态时的平均生物膜量为33.7mg/g,膜厚为114μm;生物膜和悬浮微生物分别占总生物量的89.9%和10.1%.生物膜和悬浮微生物的COD降解速率分别为166.5(mg.g-1)/h和65.9(mg.g-1)/h,硝氮降解速率分别为32.1(mg.g-1)/h和12.2(mg.g-1)/h.     

1,2-环己二醇合成反应动力学的研究

研究了环己烯在酸性催化剂作用下合成1,2-环己二醇的反应动力学,建立了动力学模型.在酸性介质下,以过氧化氢作为氧化剂进行氧化环己烯的反应,表观的动力学方程为一级,其反应式为:rA=dcAdt=1 59442×105exp(-4810 18386T)cA,该反应的表观活化能为39.992kJ·mol-1,并对提出的动力学模型进行了实验验证,二者符合较好.