原料种类及热解温度对生物质炭理化特性影响的试验研究北大核心CSCD

为探究生物质原料和热解温度对生物质炭理化特性的影响,文章分别对松子壳、油茶壳、木屑和稻壳进行连续热解试验,获得生物质炭产物。通过对生物质炭的产率、工业分析与热值、吸附值、孔隙结构及表面官能团等理化特性的全面表征,研究原料种类及热解温度对生物质炭理化特性的影响。研究结果表明:松子壳炭、油茶壳炭、木屑炭的热值均大于标准热煤的热值;原料的挥发分含量越高,生物质炭的产率就越低,原料的灰分含量与生物质炭的灰分含量的变化趋势相一致;当热解温度为500℃时,4种生物质炭均可以形成较丰富的中、大孔隙结构,但松子壳、油茶壳等硬壳类生物质炭的微孔更为发达;随着热解温度的升高,生物质炭产率不断下降,生物质炭所含官能团的种类发生变化,数量逐渐减少,孔隙数量也减少,生物质炭的吸附能力减弱。     

生物质热解过程中焦炭物化结构演变特性

利用比表面积孔径分析仪测定生物质热解焦炭的氮气等温吸附曲线并得到结构和孔径分布特性,同时对焦炭的形貌和微区化学组成进行深入分析。研究表明:随着热解终温的升高,生物质焦炭的孔隙结构变得复杂,600℃时焦炭的孔隙结构、比表面积和吸附特性较好,1000℃时出现孔坍塌和融合现象,稻壳焦炭微区元素主要是C、O、Si和K,并在800℃时表面存在硅化物和碳化物两种不同的结构。     

毛竹热解炭化演化过程的研究

文章利用高温管式炉对毛竹进行热解炭化,研究毛竹在100～500℃的热解温度下的炭产率及炭产品物化特性的演化过程。利用热重分析(TGA)、扫描电子显微镜分析(SEM),N2-absorption、傅里叶红外光谱(FTIR)等分析方法研究毛竹热解炭的特性,考察热解温度对竹炭品质的影响,以反映其炭化的演化过程。实验结果表明:当热解温度升高至350℃时,竹炭的质量和固体物质所占的比例基本趋于稳定,分别为2.55 g和25.5%;当热解温度为350℃时,竹炭的高位热值(29.407 MJ/kg)和比表面积(2.93 cm~2/g)均达到最大值;当热解温度为350～400℃时,竹炭中的纤维素、半纤维素已基本热解完全,当热解温度超过400℃后,竹炭的FT-IR曲线已接近平稳;随着热解温度的逐渐升高,竹炭表面的孔隙逐渐增多,若热解温度过高,会导致竹炭表面的孔隙过大并出现断裂。     

废轮胎中试回转窑热解炭特性分析

采用中试回转窑热解装置对废轮胎进行了热解研究，在450—650℃热解试验温度范围内，热解炭产率约为39%—44%。热解炭的工业及元素分析显示，热解炭中灰分含量高达10％以上；含量最多的金属元素是Zn和Fe；热解炭S含量2．2%—2．6％左右，轮胎原料中S元素约75%留在热解炭中，因此热解过程中排放出的气体硫化物很少。此外，探讨了热解炭孔容积分布和温度对比表面积的影响，在450—550℃，热解炭比表面积随热解温度升高而增大；温度继续升高，比表面积变化不大，在孔半径约为25nm处，热解炭比孔容积有最大值。     

分段式热解工艺2种高温模式下牛粪热解与气化产物特性

为确定牛粪连续分段式热解高温段热解模式和中高温段分界温度点,利用煤气分析仪、压汞仪和扫描电镜分析研究在管式气氛炉内中温段干馏、高温段干馏热解和水蒸气气化2种模式(在不同温度点通入水蒸气)下,牛粪热解与气化产物产率变化以及生物炭孔隙结构特征的演变。结果表明:随着温度的升高,在2种模式下均出现固相产率下降、气相产率升高、气相热值增大的趋势;与干馏相比,水蒸气气化模式可明显改善生物燃气安全利用性能;水蒸气气化模式下固相产物总孔隙度明显大于干馏模式,平均孔径差异不明显,除700℃外,其他温度条件下干馏模式固体比表面积明显高于水蒸气气化模式;在800℃及以下温度时,固相产物保持明显的骨架及纹理结构,其SiO_2基本处于无定形态,宏观上也表现出良好的散粒体特性,在900℃时,水蒸气气化模式下的固相产物出现明显的熔融结晶状态,炭中存在严重的团聚渣块现象,渣块坚硬且密实,干馏模式下产物未出现熔融结渣状况,但出现结构变形。     

典型生物质在不同温度下的热解产物特性

以松木和稻秆成型颗粒为原料,采用热棒反应器和气质色谱联用仪对其热解产物特性进行了分析,通过FTIR及比表面积分析仪从表面官能团和孔隙结构两方面对热解焦炭特性进行分析研究。结果表明,松木和稻秆在500℃时基本完成热解;松木比稻秆含有更多木质素,容易生成苯酚类芳香烃焦油;除了酚类,醛类也是松木热解中的重要组分。温度越高,稻秆和松木的热解焦结构更加趋于芳香化,且芳香结构上的侧链显著减少,但二者显著区别在于—OH和—CH_x吸收峰基本消失时的温度不同,稻秆和松木对应的温度分别为400℃和500℃,这与稻秆灰的催化作用有关。稻秆原料及低温下的稻秆热解焦中,中孔和大孔是主要孔型,但在松木原料及低温下的松木热解焦中,三种孔隙占比基本相当。温度上升时,两种生物质焦颗粒内部孔径分布发生了明显变化。     

烟气回烧式棉秆炭化工艺与炭产物的关系研究

对未预处理的棉秆进行烟气回烧间接加热式热解炭化实验研究。在单因素试验的基础上,采用BoxBenhnken试验设计和响应面分析法建立二次回归数学模型,得到优化工艺参数。研究表明,炭化原料与燃烧原料质量比2∶1、热解温度为425℃、升温速率为7.5℃/min和保温时间10 h,得炭率最高,且炭中的固定碳含量最高。在棉秆热解过程中,随原料比和反应温度的增加,热解固体产物质量不断减少,并对炭产物的性质进行分析研究。     

生物质热解的典型影响因素及技术研究进展

生物质通过热解可以获得热解气、生物油以及生物炭,实现其资源化、清洁高效利用。文章阐述了生物质热解过程中的反应机理,探讨了不同热解条件(如温度、升温速率和热解气氛)以及不同预处理方式(如烘焙、干燥、酸洗和水热)对生物质热解特性的影响。基于催化剂特性差异将用于生物质热解的催化剂分为固体酸和碱基催化剂并进行概述。在总结前人研究进展的基础上,梳理了有热载体和无热载体的生物质热解反应器的发展进程,针对生物质热解的研究因素较为单一的现状,提出通过围绕"微观结构-宏观调控"开展多尺度、定向调控、高效制备热解产物的方法,并对热解过程中自由基的变化研究不足以及热解催化剂失活等问题提出了展望,从而为生物质热解技术的发展提供理论依据,加快实现我国生物质的资源化利用。     

生物质热解制炭与制气一体化研究

在自行设计的管式炉上进行生物质热解制炭与制气一体化研究,对生物质种类和热解终温两个因素进行了实验和分析,得到了生物质热解过程中气体析出的规律和固体炭的产率。当以制炭和制气一体化为目的,在4种生物质原料中选用麦秆,热解终温选择500℃时,可以得到较大的固体炭产率和气体析出浓度。     

快速外热式热解工艺对生物质热解产物的影响

焦油一直是生物质热解技术发展的瓶颈。文中研究了快速外热式热解工艺对生物质热解产物的影响。研究表明:快速外热式热解工艺可以有效地避免常规热解过程中出现的原料夹生问题,缩短从加料到开始热解的时间,减少温度上升期间焦油的产生;由于热解温度高,速度快,大分子芳香族化合物发生二次热解,支链断裂生成小分子的烷、氢等物质,提高了热解气的产率和热值;焦油中CmHn等较大分子通过热解和重整的方式变成生物质气,降低了热解产物中焦油含量;热解过程中,由于生物质炭中的芳香族化合物分解成小分子的烷烃、烯烃等进入生物质燃气中,剩余的主要是固定碳,所以生物质炭的产率较低,其它物相与灰烬的相同。     

Products from Lignocellulosic Materials via Degradation Processes

Abstract

Products from lignicellulosic materials by degradation processes are reviewed based on the results of some investigations. Biomass provides a potential source of added value chemicals, such as reducing sugars, furfural, ethanol and other products by using biochemical or chemical and thermochemical. The initial degradation reactions include depolymerization, hydrolysis, oxidation, dehydration, and decarboxylation. The gas phase of pyrolitic degradation products contain mostly carbon monoxide and carbon dioxide, and minor proportions of hydrogen, methane, ethane, and propane. The liquid fraction consists mainly of water, with small proportions of acetaldehyde, propion aldehyde, butiraldehyde, acrolein, croton-aldehyde, furan, acetone, butanedione, and methanol. There are many studies on biomass conversion methods because of energy problems and environmental pollution. Ethanol is an alcohol and is fermented from sugars, starches or from lignocellulosic biomass. In order to produce bioethanol from lignocellulosic biomass, a pretreatment process is used to reduce the sample size, degrade the hemicelluloses to sugars, and open up the structure of the cellulose component. The cellulose portion is hydrolyzed by acids or enzymes into glucose sugar that is fermented to bioethanol. The sugars from the hemicelluloses are also fermented to bioethanol.     

生物质燃料破碎机的开发

介绍了一种适用性广泛、效率高、能耗低的生物质燃料破碎技术。该技术与国外同类技术相比,综合破碎效率有所提高,综合吨料耗电量有所下降,购置费用降低70%,且维护方便。该技术的成功开发及应用,扩大了我国生物质发电燃料的利用范围,提高了生物质燃料破碎效率,降低了破碎作业成本,在生物质燃料供应方面有效地推动了我国生物质发电的技术进步。     

我国生物质资源化利用新技术及其进展

针对生物质传统利用方式的不足与弊端 ,提出生物质资源化利用新技术是生物质最终处置的根本方式 ,并就目前研究的生物质高温空气气化、生物质制氢、生物质液化、生物质固体成型等多种利用方式进行了综述     

Pretreatment of second and third generation feedstock for enhanced biohythane production: Challenges,recent trends and perspectives

In the context of biofuel production and achieving sustainable bioeconomy, the use of lignocellulosic and algae biomass in anaerobic fermentation processes yields biohythane that has a typical composition of 10–15% H₂, 50–55% CH₄ and 30–40% CO₂. Using organic biomass-based substrates has been shown to minimize environmental impacts due to the versatile production of high-value products under normal operating conditions that are practically achievable. However, the biohythane yield depends on different factors such as the biomass type, the organic loading rate, soluble metabolic products formed, the type of fermentation (single/dual stage) and the pretreatment strategy adopted for the biomass. Different pretreatment strategies based on physical, chemical and biological processes have been proposed in the literature. In this review, improvements in biohythane yield as a result of these pretreatment strategies, the need/effect of inoculum enrichment, the effects of pH, temperature, trace element addition and organic loading rate has been reviewed. Finally, the major developments of improving biohythane yield due to the addition of co-substrates and the current trends are discussed.     

秸秆类生物质燃烧特性的研究

利用热重分析仪对江苏宿迁地区的玉米秆、稻秆和麦秆三种生物质的燃烧特性进行了分析，测定了生物质的灰熔点和灰组成，用XRD和TEM表征了生物质灰的物相结构和形貌。研究结果表明，三种生物质的燃烧规律基本一致，燃烧过程可分为四个阶段：干燥过程，热解过程，晶型转变过程和熔融过程；三种生物质中，玉米秆灰熔点最高。灰量最少且碱金属含量最低；生物质灰为形态各异的纳米颗粒。     

改进型固定床上吸式气化炉及其在蒸汽锅炉中的代油燃烧应用

在蒸汽锅炉进行生物质能源改造中,生物质气化燃气代替煤、油具有成本、环保、政策方面的优势,但必须解决焦油的二次污染问题。本文提出以改进型即中部出气固定床上吸式气化炉生产生物质可燃气,及焦油成分随燃气直接在锅炉炉膛燃烧的技术路线,并以2 T/h蒸汽锅炉为例对气化炉的主要结构参数进行设计计算。采用基于锅炉输出蒸汽压力的气化炉鼓风自适应控制方法实现系统的闭环控制。最后通过实际应用案例实测数据的热能计算证明生物质气化燃气在蒸汽锅炉中代替煤、油燃烧的可行性。     

生物质再燃降低燃煤锅炉NOx排放研究综述

我国能源结构以化石燃料为主,不可再生且污染严重,开发和推广应用可再生能源,逐步调整与优化能源结构,意义重大.生物质能是一种清洁可再生能源,也是当前世界能源研究热点之一.重点介绍了生物质再燃利用技术的原理和应用现状,生物质再燃技术包括直接再燃、气化再燃以及高级再燃,使用生物质用于燃煤锅炉再燃,既可以合理利用生物质,又能有效降低燃煤锅炉的NOx排放,NOx减排率可达50%～90%,具有广阔的推广和应用前景.     

生物质粉体燃烧特性的研究

文章提出了一种生物质粉体燃烧模型,根据此模型设计了专用的燃烧炉.研究揭示了生物质粉体燃烧特性突出表现为体积特性,其次是粒径特性,同时温度场的分布验证了燃烧模型的合理性.当粉体粒径为0.177mm左右,每千克粉体燃料配送4m3风量时,燃烧效果与破碎成本最优化.而且风粉混合物可以像燃气一样输送、控制和燃烧.这种新的燃烧方式对提高生物质的燃烧效率、改善结渣现象有重大的意义,并为生物质能的利用开辟了一条新途径.     

生物质灰化学特性的研究

采用灰成分分析及X-ray衍射方法,对甘蔗渣、松木屑、花生壳及谷壳四种常见的生物质灰特性进行了研究。研究表明：在气化过程中,甘蔗渣和松木屑的积灰、结渣倾向严重,花生壳次之,谷壳相对轻微。对其灰中碱金属的固留研究,分析了甘蔗渣和松木屑的积灰、结渣倾向严重的原因。     

小型生物质气化发电系统的设计与测试

对小型生物质气化发电系统进行了设计和测试分析,阐述了以农作物秸秆为原料的小型生物质气化发电系统的技术可行性,总结出分散式的生物质能利用模式具有投资少、见效快并且易于操作和管理等优点,认为在未来一段时间内,该系统的推广、应用具有一定的可行性和优越性。