纤维素、木质素含量对生物质热解气化特性影响的实验研究

本文采用化学方法测定了六种生物质中纤维素和木质素的含量,通过热重研究了实际生物质及用纤维素、木质素按一定比例混合模拟生物质的热解和气化特性,并结合电子扫描电镜(SEM)对焦样进行了微观形貌分析.结果表明:在本文所选择的生物质中纤维素的含量高于木质素,两者一般在55%～85%和10%～35%.生物质热解分为纤维素热解和木质素分解两个阶段,应于气化过程中挥发份析出和焦炭气化.在热解过程中,首先纤维素发生热解呈现快速失重过程,接着木质素缓慢热解.实验发现生物质中纤维素含量越高,热解反应速率就越大;反之,木质素含量越高,热解反应速率越小.通过对焦形貌与气化研究,发现气化特性与生物质中纤维素和木质素的含量有着密切联系.因此纤维素、木质素含量是影响生物质热解气化特性的重要因素之一.     

纤维素、木质素对生物质与煤混烧特性的影响

利用热重红外分析仪着重分析了生物质中纤维素和木质素含量对混合热解及混烧特性的影响.生物质与煤的混合热解相比于纯煤的单一热解失重明显较大较快,并且纤维素含量越高,混合燃料失重越大;木质素含量较高,则混合燃料失重较慢.当燃烧温度为300～400℃之间时,混合燃料中纤维素含量越高,质量下降幅度越大;当燃烧温度为500～700℃之间时,混合燃料中则是木质素含量越高,质量下降幅度越大.     

玉米芯流化床快速热解制取生物油试验研究

本文在流化床上对玉米芯进行了快速热解制取生物油的试验研究.首先在非催化条件下考察了温度、气体流量、床高和物料粒径对热解产物产率的影响,得到了制取生物油的最优工况.在此工况下进行了催化热解试验,研究了FCC催化剂对热解产物产率和生物油品质的影响.结果表明,最优工况下生物油产率为56.8%.同未加催化剂相比,FCC催化剂的存在使得生物油中油组分和焦炭的产率降低,不凝结气体、水分和焦的产率增加.分级冷凝系统的应用较好的实现了重油、轻油和水的分离.对催化条件下第二级冷凝器收集的生物油分析表明,其油组分的氧含量和高位热值分别为13.64%和36.7 MJ/kg,具有很好的应用前景.     

基于TG-FTIR的圆柏心、边材热解研究

生物质热解是实现生物质废弃物有效处理及生物质材料高效利用的重要途径之一,因此对生物质热解过程及其机理进行研究具有极大的现实意义。木材作为一种来源广泛的可再生材料也是众多生物质热解原料中的一种,由于组成成分等多方面的差别,不同树种的热解特性具有明显差异。然而,同一种木材的心材与边材由于在组织构造、化学组成及其含量等方面有着明显不同,因此在热解特性和产物方面也存在一定的差异,该工作即对此进行深入研究。试验以心、边材区分明显的常见园林绿化物圆柏为试验材料,通过TG-FTIR联用技术分别得到其心、边材热解过程中的热重曲线和挥发分的红外光谱谱图并对其进行分析。结果表明,纤维素、半纤维素、木质素和抽提物含量对心、边材热解特性影响显著。由于圆柏心材半纤维素、木质素含量较高,在热解前期和热解后期具有比边材更大的失重率,而较高的抽提物含量则在一定程度上增加了其在反应中期的失重率,减小了该范围内心、边材失重率的差异;边材纤维素含量较高,因此其在300~380 ℃,失重明显,在DTG曲线中的最大失重速率也较高。在红外图谱中,心、边材热解所产生的挥发分种类几乎相同,但在数量上有差异,当热解达到最大失重速率时,所产生的挥发分明显增加,且整个过程中边材产生的有机酸类化合物更多,而心材相对产生更多的水和CO₂。     

常压下玉米秸秆多元醇液化的研究及其产物分析

利用合适的溶剂液化生物质不仅可以把木质纤维资源转化成液体燃料,还可以将得到的低分子降解产物制备成所需的化学品和化工原料。选用价格低廉的多羟基醇类液化剂进行液化,研究了二甘醇(diethylene glycol, DEG)混合1,2-丙二醇(1,2-propanediol, PG)、传统的乙二醇(ethylene glycol, EG)混合PG (均6∶1 ω/ω)分别作为液化剂对玉米秸杆液化得率和所得生物油产品性能的影响。并采用气质联用技术（GC-MS）、傅里叶红外光谱技术（FTIR）、热裂解气相色谱-质谱联用技术（Py-GC/MS）和X-射线衍射技术（XRD）对玉米秸秆、生物油及液化残渣的纤维特性进行了分析。结果表明,当DEG与PG混合液化时,玉米秸秆生物油的得率为98.57%;而EG混合PG时的液化得率为96.08%。GC-MS分析表明,玉米秸秆生物油的主要组成成分为醇类和有机酸类,总含量高达97%以上,而EG混合PG液化所得的生物油中含有有机酸将近60%,这是造成生物油具有酸性和腐蚀性的主要原因,不利于液化反应的进行;利用FTIR检测生物油中一些分子量较大的低聚物的相应官能团,以弥补GC-MS检测的局限性,结果表明了液化体系中生成了很多活泼化学键,提高了反应体系的活性,并且生物油中包含了大量的C-O和C=O官能团,有力地佐证了GC-MS的检测分析结果。对两种液化残渣进行表征,Py-GC/MS结果表明,液化残渣的成分比较复杂,含有一定量非常难降解的大分子物质。这些物质可能是反应后期裂解的小分子重新聚合生成的大分子物质;可能是玉米秸秆本身存在一些不能被液化降解的成分;还有可能是降解的小分子物质与液化剂之间相互反应生成的新的高分子化合物。通过FTIR表明,在液化过程中,液化残渣中纤维素、半纤维素和木质素的特征吸收峰都消失了,表明三大组分的基本结构单元都被破坏,三大组分都发生了液化,并且木质素降解程度最大。利用XRD对液化残渣进行表征,液化破坏了碳水化合物所构成的聚合物晶体结构,导致纤维素大分子被裂解,表明纤维素在液化作用下遭到降解,液化程度高。最终,该实验选取液化效果较好的DEG复配PG作为玉米秸秆液化时的溶剂,这也为玉米秸秆液化生产低成本、高品质的生物油提供了一种高效、环保的工艺流程。     

金属盐对生物质热解特性影响试验研究

基于深入了解生物质热解行为的目的,在自行研制的热解机理试验台上系统研究了金属盐对生物质热解的影响规律。试验结果表明,钾离子对生物油中的一些大分子量组分发生重聚反应生成焦炭和小分子气体产物具有强烈的催化作用,从而降低了热解生物油产量而得到更多的焦炭和气体产物。相比钾离子而言,钙离子对焦炭生成的促进作用更为强烈;镁离子对白松热解的影响远没有钾离子和钙离子明显。     

流化床生物质快速热解制取生物油试验研究

本文在小型流化床试验装置中对颗粒状的樟子松进行制取生物油的试验研究.考察了反应温度对热解生物油物理性质和产率的影响,并重点研究了各个参数对热解生物油组分的影响规律.结果表明,在550℃下生物油产率最高,为50.4%(w/w).随着热裂解温度升高,生物油的密度略有增加,生物油的粘度随着含水率的增加而减小.反应温度对生物油的主要化学成分和含量影响不明显,生物油主要含有有机酸类、酚类和糖类等化合物.     

纤维素和甲醇共催化热解制备对二甲苯（英文）

本文对纤维素和甲醇在不同金属氧化物改性的ZSM5催化剂作用下共催化快速热解实现一步制备可再生对二甲苯的过程进行了研究.结果表明,镧改性的ZSM5催化剂是生产生物基对二甲苯的有效催化剂.对二甲苯的选择性和产率主要由催化剂酸性、反应温度和甲醇含量决定.在20%La_2O_3-ZSM5(80)催化剂作用下,纤维素与33wt%甲醇共催化快速热解获得对二甲苯的最高收率和对二甲苯/二甲苯的最高比率分别为14.5 C-mol%和86.8%.本文详细研究了催化热解过程中催化剂的失活,基于产物的分析和催化剂的表征提出了由纤维素制备对二甲苯的可能反应途径.     

玉米秸秆组分近红外漫反射光谱(NIRS)测定方法的建立

玉米秸秆是我国产量最大的秸秆生物质资源,但目前还没有快速高效的组分分析方法,本研究利用傅里叶变换近红外漫反射光谱 (NIRS) 技术,采用偏最小二乘法(PLS),在国内首次建立了NIRS测定玉米秸秆中灰分、半纤维素、纤维素、Klason木质素、酸不溶灰分和水分含量的校正模型,该模型稳定,适合不同地区、不同品种的玉米秸秆及其不同部位。实验结果表明,采用一阶导数+Karl Norris滤波预处理,谱区在4 100～7 500 cm-1,能得到理想的预测模型。该模型对玉米秸秆各组分的交叉验证均方差(RMSECV)范围为0.090 3～1.45,预测误差(RMSEP)范围为0.256 9%～2.581 9%,预测相关系数≥0.871 1。该研究对加速我国秸秆生物质的工业转化具有重要意义。     

纤维素和甲醇共催化热解制备对二甲苯

本文对纤维素和甲醇在不同金属氧化物改性的ZSM5催化剂作用下共催化快速热解实现一步制备可再生对二甲苯的过程进行了研究. 结果表明,镧改性的ZSM5催化剂是生产生物基对二甲苯的有效催化剂. 对二甲苯的选择性和产率主要由催化剂酸性、反应温度和甲醇含量决定. 在20%La₂O₃-ZSM5(80)催化剂作用下,纤维素与33wt%甲醇共催化快速热解获得对二甲苯的最高收率和对二甲苯/二甲苯的最高比率分别为14.5 C-mol%和86.8%. 本文详细研究了催化热解过程中催化剂的失活,基于产物的分析和催化剂的表征提出了由纤维素制备对二甲苯的可能反应途径.