通入外源氢提高秸秆发酵沼气中甲烷浓度的研究

沼气提纯是制备生物天然气的重要过程,实验在玉米秸秆中温连续厌氧发酵反应器中通入外源H_2,考察外源H_2通入量对秸秆产气性能、沼气组分以及发酵稳定性的影响。研究发现,当每天向每升反应器(有效容积)通入1.5 L的H_2时,反应器运行6d达到稳定,沼气中甲烷体积百分率由54%提纯到93%。由于CO_2的消耗,pH由7.17升高到8.04。此阶段实验组和对照组挥发性固体(VS)去除率分为45%和49%,没有显著性差异(P值为0.40)。乙酸浓度为(170±39) mg·L~(-1),丙酸浓度为(8±5) mg·L(-1);对照组乙酸浓度为(45±5) mg·L(-1),其他VFAs均未检测到。通入外源H_2反应器的溶解在液相的氢气(液相氢)为(2.6±1.2)μmol·L(-1),对照组液相氢浓度为(20.7±7.4)μmol·L(-1)。通入外源H_2并未对产气和VFA的降解产生严重的抑制作用。综合所研究各项结果,外源H_2可以有效地提纯沼气,对发酵和稳定性没有显著的影响。     

产氢产甲烷两相厌氧发酵的研究进展

产氢/产甲烷的两相厌氧技术在国内外受到普遍关注,如何提高产氢反应器的氢气产率和系统生物能源的高效转化成为两相厌氧研究的关键问题。总结了近年来两相厌氧技术研究和应用的最新成果,介绍了两相厌氧基质利用的运行情况、相分离的优势及两相中的优势菌种。同时,就氢/甲烷两相厌氧发酵的前景提出了建议。     

内循环膜生物反应器处理啤酒废水

介绍了一种新型低能耗、高效膜生物反应器——内循环膜生物反应器（ICMBR）。反应器是在IC反应器的第二好氧反应室设置中空纤维膜组件和穿孔曝气管构成的IC＋MBR集成工艺;其运行特征相当于上流式厌氧污泥床（UASB）和膜生物反应器（MBR）的串联运行,并利用气体提升达到内循环,成功实现有机物去除和同步生物脱氮,CODCr和TN去除率分别达到90％以上。     

关于提高厌氧系统去除效率的研究

通过分析某公司IC厌氧反应器处理效率下降沼气中甲烷含量偏低的原因,提出通过增加厌氧出水的循环量、降低沼气柜配重、补充厌氧颗粒污泥等方法改善厌氧去除效率,增加沼气中甲烷含量,从而提高厌氧系统的运行效率。     

有机氢化物自热供氢反应器模拟

采用幂函数型动力学模型,对十氢萘气相脱氢实验数据进行非线性最小二乘拟合,得到关于十氢萘反应级数为0.585,活化能为59.012 k J/mol的动力学方程。对同心套管式反应器中十氢萘气相脱氢和氢气催化燃烧的耦合反应进行了理论研究,分析并排除了脱氢反应催化剂颗粒内及气固相间传质及传热阻力影响,建立了一维拟均相稳态反应器模型,考察了进料空气氢气比例、脱氢侧和烧氢侧进口流量、并逆流方式对反应器性能的影响。最终设计出1.7 L的反应器单元,反应器理论产氢速率达7.69 mmol/s,可满足1 k W的燃料电池发电供氢需求。     

厌氧发酵产氢反应器研究进展3

随着生物制氢技术的迅速发展,各种新型厌氧反应器不断出现。为了更好更快实现生物产氢的产业化,许多学者及工程技术员对生物制氢反应器进行研究和设计。本文综述了产氢反应器的发展及生物制氢反应器连续流稳定运行的工程控制参数,比较了这些系统的启动特点及存在的问题,最后展望了生物产氢研究领域反应器发展及这些系统的应用前景。     

利用外源氢气纯化升级沼气的研究进展

沼气发酵过程存在产气速率低和甲烷浓度低两个普遍问题。从甲烷生成的反应机理来看,如果提供充足的氢气,能够把沼气中的CO₂成分转化为CH₄,既提高了甲烷的产量,又提高了甲烷的浓度。介绍了最近国内外在这个方向上的探索性研究成果。实验表明,利用外源氢气确实可以纯化升级沼气,在一定条件下还可以达到生物甲烷的品质（即CH₄浓度高于95%）。分析了这项技术实用化需要解决的两个关键问题：强化H₂气液传质及获取廉价氢源。最后,对这个方向进行了展望,并提出了一个光电催化产氢与厌氧发酵产甲烷耦合的设想方案。     

厌氧内循环反应器内循环量与产气率数学模型构建

厌氧内循环反应器(IC)的技术核心是利用反应器内所产沼气形成的气提作用实现无附加外动力的内循环,达到改善反应器内部水力条件、强化过程传质的目的,从而保障反应器的高效运行。研究了反应器内循环量与沼气产率之间的关系,通过研究发现:在进水COD的质量浓度为7135～9980mg/L,反应器有效容积负荷为21.4～40g/(L·d)条件下,运用灰色系统建模理论建立了内循环量与沼气产率之间典型二元参数间数学模型,该模型可为反应器的自动控制运行打下基础。     

“UASB-生物接触氧化”技术处理阿维菌素高浓度有机废水生产装置的运行与控制

介绍了“UASB-生物接触氧化”技术处理阿维菌素废水的工艺及设计运行，并着重介绍了上流式厌氧污泥床（UASB）反应器的启动与操作控制，总结了废水处理生产装置运行与控制的要点。     

CSTR和ACR丁酸型发酵制氢系统的运行特性比较

为寻求更好的连续流发酵生物制氢反应器模式,以稀释糖蜜为底物,控制反应系统为丁酸型发酵,比较研究了搅拌槽式反应器（CSTR）和厌氧接触式反应器（ACR）的启动运行特性。结果表明,以经曝气培养的下水道污泥为接种物,在接种量4.8 g MLVSS·L^-1、进水COD 5000 mg·L^-1、HRT 12 h、温度（35±1）℃和pH 5.5～6.0等相同条件下,CSTR系统可以更快地达到稳定的丁酸型发酵状态,而ACR系统因其有效的生物持有能力而在产氢性能方面更具优势。在稳定运行状态下,ACR系统的底物酸化率、产氢速率和污泥的比产氢速率分别为44%、9 L·d^-1和0.15 L·(g MLVSS·d)^-1,分别是CSTR系统的1.62、2.05和1.15倍。     

微管内环己烷氧化反应研究进展

介绍了微管反应器和微管内环己烷氧化反应的特点;详述了微管内环己烷无催化氧化的反应工艺、微管内气液流动情况、反应机理以及微管内壁负载催化剂的环己烷催化氧化反应工艺;指出无催化及内壁涂覆催化剂的微管内环己烷氧化反应在改善反应的安全性、强化气液传质效果和提高催化性能等方面具有较大优势,微管内壁负载纳米金催化剂的反应器形式在环己烷氧化反应中前景看好。     

Study on the characteristics of micro-interface intensified oxidation of ammonium sulfite

The process intensification of interfacial area and reaction conditions in multi-phase systems are important issues in industrially scaled reactors. In order to investigate the intensifying effect of micro-interface system on gas-liquid mass transfer and reaction rate, the ammonium sulfite oxidation was selected as the research object. A systematic air forced oxidation experiment was carried out through the micro-interface intensification reactor (MIR) and the traditional bubble column reactor (BCR) under the same experiment platform and operating conditions. The bubble size distribution and overall gas holdup were measured by high-speed camera technology and differential pressure measurement, respectively. The experimental results showed that MIR obtained higher gas holdup because of the micro-interface structure, the interfacial area was increased by more than 10 times, the reaction rate increased by 56.8% averagely compared with BCR. The experimental conclusions provide certain data support for the industrial application of the multiphase reaction system of the micro-interface intensification reactor.     

亚硫酸铵微界面强化氧化特性研究

以亚硫酸铵水溶液的空气氧化为研究对象,考察了微界面强化对该体系传质与氧化过程的影响。在同一实验平台和操作工况下,对微界面强化与传统鼓泡塔氧化过程的传质和反应性能进行了实验研究。利用高速摄像与压差测量技术,分别对反应过程的空气气泡分布与气含率变化进行了测定。结果表明,相较于传统鼓泡塔空气氧化反应器,微界面强化氧化反应器以微界面体系取代了传统毫-厘米级宏界面,在不同盐离子浓度与氧化气量工况下均表现出了良好的强化效能。在微界面体系强化下,亚硫酸铵氧化过程气含率大幅提升,相界面积增加十余倍,反应速率平均提升56.8%,实验结论为微界面强化反应器的多相反应体系工业应用提供了一定的数据支撑。     

Gas-liquid and liquid-solid mass transfers in two types of stationary catalytic basket laboratory reactor

Measurements of gas-liquid and liquid-solid mass transfer coefficients were performed in two types of three-phase laboratory reactor equipped with stationary catalytic basket and multiple impeller. Those reactors are called Robinson-Mahoney reactors. Local liquid-solid mass transfer coefficients were measured using naphtol particle dissolution in n-heptane at several agitation speeds. Experiments had shown that local coefficients depended on the particle locations in the basket and agitation speeds. The local coefficient values and profiles were quite similar for both studied reactors even though the reactor designs were different. Similar values of RM basket thicknesses might account for this phenomenon because the liquid-solid mass transfers could be correlated with the ones in packed beds with forced liquid circulation. Gas-liquid mass transfer coefficients were measured using standard dynamic absorption methods in air-water or hydrogen-gas oil system. As in stirred tanks, the gas-liquid mass transfers were linked to the impeller designs and characteristics (gas-inducing or classical impeller) and to the operating conditions such as agitation speeds and fluid properties. However, correlations applicable to stirred tank reactors can be used with Robinson-Mahoney reactors, the baskets behaving like additional baffles or reduction of tank diameters.     

Measurement and enhancement of gas-liquid mass transfer in milliliter-scale slurry reactors

Due to the limited availability of chemical reactants in the early process development of pharmaceuticals and fine chemicals, and sometimes the high-cost of catalyst, it is increasingly popular to use milliliter-scale slurry reactors with reaction volumes of 20 ml or less to screen catalyst candidates for three-phase reactions. To ensure the success of catalyst screening, it is advantageous to run reactions under kinetically controlled conditions so that the activities of different catalysts can be compared. Because catalysts with small particle sizes are used in slurry reactors, the reactions are susceptible to gas-liquid mass transfer limitations. This work presents an efficient way of enhancing gas-liquid mass transfer in milliliter-scale reactors through the use of magnetically driven agitation with complex motion. In the reactor described here, gas-liquid mass transfer coefficients can be doubled over those obtained with the agitation technique used in commercial milliliter-scale units. In addition, the reactor can achieve the top range of mass transfer coefficients obtained in a full-scale reactor. This work also presents the first measurements of gas-liquid mass transfer coefficients in milliliter-scale reactors, which are two orders-of-magnitude smaller than systems for which mass transfer coefficients have been reported earlier. Both physical and chemical absorption techniques are used.     

上流式反应器气液相间传质特性的实验研究

上流式反应器设置在固定床渣油加氢反应器前有利于提高渣油原料适用性,延长装置运行时间。实验研究了上流式反应器气液相间传质,采用五齿柱形氧化铝催化剂模拟工业催化剂颗粒,水溶液模拟渣油,空气模拟氢气,采用无氧水物理吸收和亚硫酸钠化学吸收的方法,测定了在高气液比的条件下上流式反应器床层气液相间传质特性实验。考察了表观气速、表观液速、填料粒径、内构件、催化剂级配和床层高径比对液相体积传质系数和气液相界比表面积的影响规律。实验数据表明,液相体积传质系数随着气、液速的增大而增大;随填料颗粒增大而减小;在床层内安装合适的内构件或增大反应器高径比,能够促进气液相间传质。基于实验数据拟合了适合上流式反应器液相体积传质系数和气液相界比表面积的经验关联式,拟合误差最大分别为12%和24%;表明所建气液相间传质的经验关联式能更好地预测上流式反应器中的气液相间传质特性。     

生物柴油新反应器及其应用

生物柴油是石化柴油的重要补充.用传统的搅拌釜和管式反应器制备生物柴油,存在反应速率慢、转化率低的问题.从提高反应速率和转化率两方面综述了生物柴油新反应器的研究进展.提高反应速率的反应器包括:微波反应器、空化反应器、旋转床反应器、振荡流反应器、高剪切反应器、静态反应器、微反应器和液液膜反应器.提高转化率的反应器包括:反应/分离器、反应蒸馏反应器和膜反应器.比较了它们的优势和缺陷.提出联合使用几种技术,将强化传质与分离技术进行有效整合,使反应器小型化并缩短工艺流程,以建立适应未来的生产效率高的便携式生物柴油厂.     

撞击流微反应器气液传质研究

在T型对撞反应器的基础上,对其结构进行改进,设计了旋流锥型对撞、T型旋撞和旋流锥型旋撞(二次旋转)3种撞击流反应器。用化学吸收法测量了这几种不同结构的微反应器在气液二相逆流接触条件下平均相界比表面积α及液相吸收传质系数kL;进而分析了反应器进口结构、尺寸和流体流量等条件对传质性能的影响。结果表明:旋撞比直撞的传质系数大,二次旋撞的比一次旋撞的传质系数要大;撞击区进口尺寸越小,气液流体的流量越大,反应器的传质系数越大;液相传质系数较常规气液接触设备的至少高1—2个数量级,其传质强化的原因主要源于微反应器内相界比表面积大幅度地增加。     

第三相的加入对气液传质过程的影响

系统地介绍了气液传质过程中,固体小颗粒或第二分散液相(有机相)所形成的第三相的加入对传质过程的影响.分别论述了在不同的气-液接触器(搅拌釜、鼓泡塔)中,固体小颗粒和第二分散液相的加入对体系的传质系数、传质速率及界面面积等的影响,叙述并讨论了传质机理及模型的最新进展.     

化学链反应器研究进展

化学链技术是目前能源技术研究的热点之一,其关键技术包括载体材料的制备和反应器的设计。综述了化学链技术的应用前景,总结了化学链反应器设计原理,回顾了目前世界上公开报道的设计完成、在建或已经运行的化学链反应器,归纳讨论了不同反应器设计细节的共同点及目的。开展以微小颗粒、纳米颗粒作为载体材料时,颗粒聚团在宏观反应器尺度下的流动传递规律、循环反应机理和系统运行控制特性的研究;开展反应器内颗粒流动-传递-反应耦合机制研究,建立多尺度统一模型;在全尺寸化学链反应器上进行系统自热实验研究;利用数值模拟方法研究和开发用于固体燃料转化过程的高效炭/灰分离器是未来化学链反应器发展需要关注的几个方面。