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。     

生物质热解半焦燃烧特性的实验研究

鉴于目前针对生物质热解半焦燃烧特性的研究较少,以稻壳、松木屑和玉米秸秆为原料,利用自行搭建的固定床热解实验台,在300、400、500、600℃的热解温度下制备了以上3种生物质的半焦,同时采用TG-DTG热分析联用技术,研究热解终温、粒径、升温速率和生物质种类对生物质热解半焦燃烧特性的影响。结果表明:热解终温越高,半焦的燃烧性能越差;同一种半焦,粒径越小越有利于其着火与燃尽;升温速率为50℃/min时,燃烧性能达到最佳;不同生物质种类制得的半焦燃烧性能差异很大。     

基于Aspen Plus的污泥干化-热解耦合工艺模拟及放大实验

针对污泥干化能耗高的问题,提出了污泥干化-热解耦合新工艺。通过采用Aspen Plus软件进行模拟,分析了可燃气传热量的影响因素(热解温度和杨木屑添加率)以及升温速率对热解产物和系统能耗的影响。结果表明：当采用杨木屑和污泥进行共热解时,杨木屑添加率须达43.5%,才能维持系统正常稳定地运行。当热解温度为550℃时,作为可燃气主要成分的热解油得率达到最大,为51.7%,此时系统有最大的供热量12.619 MJ/h。此外,发现随着升温速率的增加,固体残渣的得率下降,而热解油和可燃气的总得率上升;当升温速率降低时,热解油和可燃气的得率也降低。中试放大实验研究表明,当污泥进料量为3 kg/h时,停留时间必须≥45 min、通气流量40 L/min,才能达到预期的干化目标。     

生物质与废轮胎共热解及催化对热解油的影响

生物质稻壳与废轮胎以不同比例组成的均匀混合物在管式固定床内共热解,MCM-41和SBA-15作为催化剂,对产生的热解油性质进行了研究。结果表明,随着废轮胎在混合物中比例增加,热解油产率和热值在增加,而黏度和密度在降低。当稻壳占到60%（质量）时,热解液体产率为44.5%（质量）,热解油热值为40 MJ·kg-1,热值与柴油接近;温度对热解油的产率和组分柠檬精油的生成影响较大。对组成一定的混合物,在热解温度500℃时二者均达到最大。通过对热解油主要组分柠檬精油和氧含量的分析说明,共热解过程中组分间可以产生一定的相互作用,并具有协同效果,体现在柠檬精油组分的含量低于加权后的浓度,氧含量大于加权后的数值;与没有催化剂存在情况相比,MCM-41和SBA-15的存在能显著降低热解液体的黏度和密度,其中,SBA-15的降低效果更为明显。     

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.     

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。     

热解温度对生物质和煤成焦特性的影响

以麦秆、橡树木屑和华亭烟煤为原料,研究热解产物的理化特性并讨论燃料种类和热解温度对其的影响.采用BET、SEM-EDS、XRD和TGA对其进行分析表征.结果表明:在600~1 000 ℃的温度范围内,煤焦的比表面积和孔隙容积随热解温度增加而增大,而木屑焦的变化不明显,麦秆焦在800 ℃时比表面积和孔隙容积最大,更高温度则发生烧结;焦样中C元素含量随热解温度升高而增加,而H元素和O元素随之降低,麦秆焦的着火特性优于木屑焦和煤焦.木屑焦和煤焦的着火特性随热解温度升高而变差,而麦秆焦在800 ℃具有最佳的着火特性.     

稻壳快速热解制取生物质油的试验研究

目前生物质快速热解高温热解气主要利用间壁式冷却器进行冷凝,容易造成冷却管道的结焦堵塞问题,本试验根据流化床稀相输送特点、生物质的热解特性以及生物质油的冷凝收集特点,设计了生物质快速热解反应装置,改进生物质物快速冷凝系统,以稻壳为原料进行快速热解制取生物质油的试验研究,分别考察单因素反应温度、流化气量以及进料速度对生物质油产率的影响。试验表明:稻壳热解气能够快速顺利地得到冷凝,反应系统能够连续顺利运行,随着反应温度、流化气量、进料速度的增大,生物质油的产率都呈现先增大后减小的趋势。另外对产出的生物质油用气质联用设备进行了成分分析,得出了生物质油的主要成分,其中酸类、酮类、脂类以及酚类的含量相对较高。     

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。     

Comparative studies of oil compositions produced from sawdust,rice husk,lignin and cellulose by hydrothermal treatment

The objective of this study is to investigate the distribution of products, i.e. liquid, gas and solid from wood (sawdust) and non-wood biomass (rice husk), and major biomass components, i.e. lignin, cellulose produced by hydrothermal treatment (280 °C for 15 min) and analysis of liquid hydrocarbons (oils) for the differences in the hydrocarbon composition with respect to feed material. Cellulose showed the highest conversion among the four samples investigated in the present study. Sawdust and rice husk has almost similar conversions. Liquid products were recovered with various solvents (ether, acetone, and ethyl acetate) and analyzed by GC–MS. The oil (ether extract) from the hydrothermal treatment of cellulose consisted of furan derivatives whereas lignin-derived oil contained phenolic compounds. The compositions of oils (ether extract) from sawdust and rice husk contained both phenolic compounds and furans, however phenolic compounds were dominant. Rice husk derived oil consists of more benzenediols than sawdust derived oil. The volatility distribution of oxygenated hydrocarbons were carried out by C-NP gram and it showed that the majority of oxygenated hydrocarbons from sawdust, rice husk and lignin were distributed at n-C₁₁, whereas they were distributed at n-C₈ and n-C₁₀ in cellulose-derived oil. The gaseous products were carbon dioxide, carbon monoxide, methane in sawdust, rice husk, lignin and cellulose. In addition to this, ethylene, ethane and propane were observed for sawdust, rice husk and lignin. The major gas product was carbon dioxide for all samples.     

微波吸收剂辅助吸波快速热解稻壳的气化特性

以稻壳为研究对象,采用碳化硅、残炭为微波吸收剂,运用新型微波辅助催化气化技术以及微波吸附剂辅助加热技术,研究微波吸收剂辅助吸波快速热解稻壳气化特性,通过气相色谱等手段对裂解气体进行分析。结果表明,微波吸收剂辅助吸波快速热解稻壳产物以气体为主,最高达53%,热解气体产物主要成分为H₂、CO₂、CO、CH₄,占到纯热解气总量的97%以上,氢气体积分数最高,均高于38%。稻壳与残炭添加量质量比为1:1时,氢气体积分数可达48.12%,合成气(H₂+CO)含量大于60%。研究结果证明了微波吸收剂辅助吸波快速热解稻壳气化制备富氢燃气的可行性。     

燃料电池发动机电堆散热的控制

在对质子交换膜燃料电池(PEMFC)进行热分析的基础上,搭建起36kW的燃料电池发动机散热系统的测试平台。借助测试平台,对燃料电池散热系统作了极端工况测试分析。分析表明,该散热系统能满足系统的散热要求。此外通过对不同组合散热风扇的散热能力进行了测试,积累了大量的基础数据和控制经验。最后以电堆出水温度误差、温度误差变化量和燃料电池功率为输入量,散热风扇的运行组数为输出量,制定出一套三维模糊控制规则。结果表明,该模糊控制规则能够保证燃料电池工作在最佳温度区间,温控误差符合设计要求。     

毛竹的主要化学成分分析及热解

In recent years, great attention has been paid to the exploitation and use of biomass energy.Using bamboo as the raw material to produce energy and other chemicals is significantly important. A primary study was made on the pubescens, one kind of bamboo distributed broadly in China with fast growth rate. The contents of cellulose, hemi-cellulose, and lignin in different parts of pubescens with different growth ages, as major components of the cell wall, were determined. The analysis procedures were as follows, firstly the substances other than the above mentioned three were removed chemically,then the hydrolyzed cellulose liquid was oxidized with excess oxidants, and at last titrated. Pubescens powder was packed into the quartz tube reactor, then was heated from room temperature to 300, 350,400, 450, 500, 550℃ and 600℃ respectively in flowing N2. Pyrolysis was held at the final temperature for 10 h. The liquid products were analyzed with GC/MS. The main products in the liquid obtained were.acetic acid, 2,6-dimethoxy phenol, 2,3-dihydrobenzofuran, etc. The pyrolysis temperature exerted great effect on the composition of the liquid products. The distribution of the products could be regulated by controlling pyrolysis temperature.     

预处理稻壳及其与杨树锯末掺混燃烧特性和燃烧动力学分析

采用热重技术对稻壳（DK）和杨树锯末（JM）燃烧进行分析,考察了不同预处理方式对稻壳燃烧特性的影响,并研究了不同升温速率及稻壳和杨树锯末掺混质量比对掺混燃烧特性及燃烧动力学的影响。结果表明：水洗及酸洗可使稻壳燃烧TG-DTG热重曲线向高温区移动,最大失重速率及对应失重温度升高。水洗使稻壳综合燃烧特性指数提高2.5×10^-7~5.9×10^-7%/（min²·℃³）,而酸洗使稻壳综合燃烧特性指数下降11×10^-7~11.9×10^-7%/（min²·℃³）。不同预处理后稻壳在挥发分析出燃烧阶段的活化能高于未处理稻壳,酸洗后稻壳焦炭燃烧阶段活化能降低16.94 kJ/mol,而水洗使稻壳焦炭燃烧阶段活化能升高。提高稻壳添加比例,混合燃料着火温度和燃尽温度降低。随着升温速率的提高,混合样品综合燃烧特性指数和残余率升高。70%稻壳和30%杨树锯末混合燃料在升温速率40℃/min下燃烧产生协同效应。     

热解温度和生物质类型对生物炭吸附U(Ⅵ)性能的影响

以稻壳、竹子和杉木屑为原料,分别在不同热解温度下热解制备生物炭（DBC、ZBC和MBC）。采用傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线能谱（EDS）和X射线衍射（XRD）表征其理化性质,并通过批量吸附实验研究生物炭对U（VI）的吸附特性与机理。结果表明：随着热解温度升高,3种生物炭pH值和灰分增加,产率下降,且ZBC与DBC表面更加粗糙,孔状形貌更加明显,芳香结构趋于完善,含氧官能团减少,无机元素占比增加,碳纤维结晶度降低;准二级吸附动力学模型能更好地拟合3种生物炭吸附U（VI）的过程（R₂²>0.96）,在25℃、pH值4、固液比为1：1（g：L）的条件下3 h可达到吸附平衡;3种生物炭的吸附等温线拟合更符合Langmuir模型,以化学吸附为主,ZBC700对U（VI）的理论最大吸附量为18.55 mg/g;随着热解温度的升高,ZBC和DBC吸附U（VI）的能力增强,阳离子-π和离子交换作用贡献增加。MBC吸附U（VI）的能力与热解温度关系不明显,相同热解温度,ZBC和DBC的吸附量高于MBC。     

Influence of mineral matter on biomass pyrolysis characteristics

Studies on wood and twelve other types of biomass showed that in general, deashing increased the volatile yield, initial decomposition temperature and rate of pyrolysis. However, coir pith, groundnut shell and rice husk showed an increase in char yield on deashing, which is attributed to their high lignin, potassium and zinc contents. These results were supported by studies on salt-impregnated, acid-soaked and synthetic biomass. A correlation was developed to predict the influence of ash on volatile yield. On deashing, liquid yield increased and gas yield decreased for all the biomass studied. The active surface area increased on deashing. The heating value of the liquid increased, whereas the increase in char heating value was only marginal.     

基于PY-GC/MS技术板栗壳快速热裂解特性的研究

为探究板栗壳快速热裂解特性,利用热裂解-气相色谱/质谱联用仪（Py-GC/MS）分别对板栗壳进行单级和双级快速热裂解,并对裂解产物进行定性定量分析。结果表明单级快速热裂解时,温度越高,产物种类数越多、产量越高,而双级快速热裂解时第一级热裂解温度对总产量影响不大,但第一级温度越高种类数越多。热裂解产物主要是含氮类、糖类和酸类化合物,其中D-阿洛糖和醋酸含量最高。在单级快速热裂解温度为500 ℃时D-阿洛糖在总产物中的量最高达到17%,双级快速热裂解第一级热裂解温度为450 ℃、第二级热裂解温度为600 ℃时醋酸在总产物中的量最高可达15.9%。