玉米芯酸水解残渣的热解特性

在热重分析仪和管式炉热解装置上对玉米芯酸水解残渣（简称残渣）的热解过程进行了研究,并利用气相色谱（GC）,气相色谱-质谱联用(GC-MS)和扫描电镜(SEM)对热解产物进行了分析。热重分析结果表明,残渣的热裂解主要发生在280℃~ 450℃,仅在340.7℃有一个明显的失重峰。管式炉热解实验表明, 随着热解终温的升高,残渣的气相产物产率明显增加,而固相和液相产物产率均有所下降。GC分析结果表明,H₂和CH₄的产率随着热解终温的升高而升高,CO₂产率呈现下降趋势; 与玉米芯热解气相产物相比,残渣热解CO、H₂和CH₄的产率较高,CO₂产率较低。GC-MS结果表明,残渣热解焦油的主要成分为酚类物质和多环芳烃。SEM结果表明,随着热解终温的升高,残渣热解焦炭的表面结构趋于有序化。     

钾元素对生物质主要组分热解特性的影响

采用热重-红外联用仪对松木及生物质主要化学组分半纤维素、纤维素、木质素的热解特性及钾元素对其热解特性的影响进行了研究.结果表明,半纤维素、纤维素、木质素发生热解的主要温度分别为200~350 ℃、300~365 ℃和200~600 ℃;半纤维热解产物中CO、CO₂较多;纤维素热解产物中LG和醛酮类化合物最多;木质素热解主要形成固体产物,气体中CH₄相对含量较高.三种组分共热解过程中发生相互作用使热解温度提高、固体产物增加,气体中CO增加而CH₄减少.添加K₂CO₃后半纤维素和纤维素热解温度区间向低温方向移动,固体产率提高.K对纤维素作用最明显,CO、CO₂气体与固体产物产率明显增加,醛酮类和酸类物质的产率降低;木质素受K影响相对较小,热解固体产物略有增加,挥发分中H₂O和羰基物质增加;三组分共热解减弱了钾元素的催化作用.     

碱性条件下废轮胎真空热裂解研究

研究了废轮胎橡胶粉在450℃～600℃真空热解系统中热解的特性，以及温度和添加Na2CO3、NaOH对热解气液态产物的影响。实验表明，真空下废轮胎热解油收率在550℃时达到最大值，为48%左右。添加3%的NaOH能明显促进废轮胎橡胶热解，480 ℃时油产率达到最大值49.66%，随后随着温度的升高油产率呈现下降趋势。添加3%的Na2CO3对热解的促进作用不明显。热解气体产物主要有H2、CO、CH4、CO2、C2H4、C2H6以及少量其他化合物。NaOH的加入使气体产品中的H2相对体积分数明显增加，而CH4、CO、C2等的体积分数降低。通过GC和GC-MS分析热解石脑油发现，热解油品中含有11%以上的柠檬油精。     

黑液与石油焦共热解及其产物特性研究

运用热重-红外联用(TGA-FTIR)和扫描电镜(SEM)对黑液与石油焦的共热解过程进行了实验研究,考察了两者在共热解过程中的热失重、挥发性组分释放及固体产物表面形貌特性;同时运用热重(TGA)探究了热解固体产物黑液半焦和石油焦的CO2共气化反应特性。结果表明,在黑液与石油焦共热解过程中,温度低于600℃时,两者的热解相互独立;温度达到600℃之后,相对于黑液和石油焦单独热解的加权平均值,挥发性气体产物CO2和CO的释放峰值温度向低温区移动,失重特性也随之发生变化;800℃下的共热解固体产物表面产生新的形态特征,黑液的烧结得到抑制;850℃下的黑液半焦与石油焦CO2共气化实验表明,两者在共气化过程中存在协同效应,各自的碳转化率和气化速率明显提高,整体碳转化率提高了51.27%,气化反应速率最大值增大了两倍。     

高碳转化率下热解神府煤焦CO2高温气化反应性

用热天平等温热重法研究了6种不同热解速率和热解终温的神府煤焦在反应温度1200℃～1400℃的CO2气化反应性。研究了高碳转化率下，反应温度、热解终温和热解速率对快速和慢速热解焦高温反应性的影响。结果表明，快速热解焦比慢速热解焦的反应性好；随气化温度的提高，煤焦反应性的总体趋势增强，反应温度1300℃～1400℃时，3种快速热解焦的反应速率出现重叠；碳转化率为90%～98%时，慢速和快速热解焦的平均表观活化能为59.64kJ/mol～105.92kJ/mol和34.47kJ/mol～40.87kJ/mol，且气化反应以扩散控制步骤为主。     

熔融盐中甲苯的裂解实验研究

固定床内研究了甲苯裂解特性,考察了熔融盐种类、裂解条件对甲苯裂解率、气体产物及苯产率的影响。结果表明,熔融盐对甲苯裂解有明显的催化作用,添加熔融盐时,相同裂解温度下甲苯裂解率明显提高。在71%Na₂CO₃+29%K₂CO₃（NK）盐和8.3%Na₂CO₃+91.7%NaOH（NN）盐中800℃催化裂解时,与热裂解相比,甲苯裂解率分别提高27%和46%,苯产率明显减少。NN盐催化裂解时,750℃后产物中的氢气主要来源于裂解碳与NN盐的反应。     

钾对松木热解特性影响实验研究

采用管式炉热解实验装置对浸渍K2CO3松木进行直接热解,并将松木热解气通过含钾石英砂层、含钾焦层以模拟钾对热解气体反应的影响。结果表明,松木中浸渍K后会促进热解固体焦生成,提高H2/CO比,低温下K会降低液相产率、提高气相产率,而热解温度较高时则使气体产率下降、液体产率提高。松木热解气经过含K石英砂后发生催化裂解,液体产率降低,CO、CO2和H2产量上升。松木焦也可以催化裂解焦油,使气体产物增加,H2和CO2产量提高,CO、CH4和C2产量降低。K与松木焦共同作用,不仅使焦油发生裂解而且促进更多焦参与气固反应。钾对松木热解作用是通过对松木的直接热解、对气体中间产物再反应的均相催化及对固体焦气化的非均相催化等复杂过程实现的。     

熔融盐对重质生物油再热解影响的研究

研究了KCl-ZnCl₂熔融盐在400、500、600℃下对重质生物油再热解特性及产物分布的影响。结果表明,熔融盐提高了重质生物油热解的固体产率,同时使气体产率下降;对苯酚、甲基苯酚、乙基苯酚、对丙基苯酚等部分化合物具有较好的富集效果,尤其在400℃下甲基苯酚的相对含量从8.82%提升到了20.85%,而苯酚在600℃下相对含量从2.18%提升到了8.62%;在炭形成过程中,熔融盐使C元素含量降低,O元素含量提高,增大了孔隙的BET比表面积和总孔容积,促进了固体产物孔隙结构的形成,增大了孔隙的平均孔径。     

CaO对褐煤在超临界水中制取富氢气体的影响

以褐煤在超临界水中制取富氢气体为目的，利用小型高压间歇反应装置，在Ca/C 摩尔比为0～0.60、温度450℃～680℃、压力23MPa～38MPa和停留1min～30min下，考察了小龙潭褐煤的反应特性。研究表明，CaO不仅可以固定气相中的CO2，提高H2的体积分数，而且可以提高碳转化率和气体产率。600℃、28MPa，Ca/C摩尔比为0.42时，气相产物中的CO2趋于完全固定，H2产率比无添加剂时提高2.5倍，H2体积分数为48％，其余为CH4和烃类气体。升高反应温度使CaO的催化作用更为显著, 碳转化率和气体产率（H2、CH4、烃类气体）随着反应温度的升高而逐渐增加，液相收率减少。增大反应压力可以促使煤转化率和气体产率升高，停留时间对反应的影响相对较小。以900℃热解焦为反应原料进行了气化实验，结果表明，在600℃和650℃反应5min后，碳转化率分别为8.6％和12.5％，CaO对气化反应和甲烷化反应起不同程度的催化作用。     

生物质铁盐催化加氢热解产生生物油与气态烃的研究

利用加压固定床反应器进行了松木催化加氢热解实验(终温600-700℃、氢压5.0 MPa),考察了硝酸铁和硫酸亚铁两种铁盐对热解产物产率及分布的影响。研究发现,Fe(NO_3)_3能够显著促进生物炭加氢生成甲烷,碳转化率高达97.4%,CH_4产率达21.2%,无水生物油产率为32.8%(产率基准均为干燥无灰生物质),生物油中含氧量降低,轻质芳烃产率增加,其中,苯、甲苯和二甲苯(BTX)产率为2.6%。而FeSO_4迥异于Fe(NO_3)_3,具有抑制气态烃和生物油生成的作用。机理研究表明,Fe(NO_3)_3在加氢过程中主要形成α-Fe,并促使生物炭形成无定型和多孔结构,从而有利于其加氢生成甲烷,而FeSO_4则部分转化为Fe_2S_3,由此可致使铁催化剂失活。     

熔融盐对生物质粗燃气的组分调整实验研究

在固定床装置中进行了熔融盐对生物质粗燃气组分调整实验,考察了反应温度、静液高度和表观气速对熔融盐中出口气体组分、NaOH消耗率、熔融盐饱和吸收时间的影响。结果表明,400!600℃下,熔融盐中NaOH消耗率随温度的升高由59%升至83%,且单位质量熔融盐处理粗合成气量随温度的升高由0.42 m3/kg升至0.48 m3/kg;气体中CO转化率和出口气体平均H2/CO体积比均随反应温度、静液高度的提高而升高,随表观气速的增加而降低。     

循环流化床富氧气化实验研究

在循环流化床富氧气化实验台上,通过调节水蒸气流量使气化温度基本稳定在910℃,研究了不同氧气浓度及气化当量比对煤气组分、产气率、冷煤气效率及碳转化率的影响。结果表明,氧气浓度从25%增加至40%时,N2体积分数从48.82%降低至33.83%,H2从21.47%不断增加至27.59%,CH4基本不变;受水蒸气流量影响,氧气浓度高于35%时,CO体积分数降低,CO2体积分数增加;氧气浓度40%时的煤气热值为空气气化煤气热值的1.84倍,产气率随氧气浓度增加从2.35 m3/kg降至2.13 m3/kg,冷煤气效率和碳转化率不断增大;当气化当量比从0.20增加至0.29时,N2体积分数先降低后升高,H2体积分数从24.01%增加到25.46%后基本保持不变,CO和CH4持续减小,CO2不断增加,产气率由1.94 m3/kg升高到2.29 m3/kg;受水蒸气和气化当量比综合影响,冷煤气效率先增大后减小,碳转化率持续增加。     

松木粉气流床气化特性实验研究

在气流床气化实验装置上进行了松木粉气化特性的研究。考察了温度、氧当量比、水蒸气配比对气体产物的成分、气化特性和固体产物的微观形态及成分的影响,结果表明,随着温度的升高,CO与H₂浓度显著升高,CO₂与CH₄浓度明显下降,碳转化率、产气率、产气热值有所提高;氧当量比从0.2上升至0.5时,CO与H₂浓度降低超过10%,CO₂浓度则上升100%以上,碳转化率提高至92.9%,产气率有所上升,而产气热值则降低超过20%;水蒸气配比从0增大至0.58时,H₂/CO体积比由0.63提高为1.40,碳转化率、产气率和产气热值均呈现先增大后减小趋势。由SEM照片可以看出,固体残渣主要由类球状或块状结构与纤维团聚结构两部分组成。温度升高使残渣颗粒由呈现不规则形状逐渐向球形转化,氧当量比的增大使残渣中类球状颗粒表面孔洞与裂缝明显增多直至破碎。     

CO在超临界水中的转化以及碱性钾盐的影响

构建了CO高压溶解的进气系统,在连续式反应系统中对超临界水条件下CO的转化规律进行了研究;针对生物质超临界水气化中钾盐的多样性,选择KHCO₃、K₂CO₃和KOH等三种钾盐成分,研究了它们在不同工艺条件（450-600℃、23-29 MPa、停留时间3-6 s）下对超临界水中水煤气转化过程的影响。结果表明,在无催化条件下,提高反应温度、延长停留时间均提高了CO的转化率,而压力对其影响在低压下（23-25 MPa）比较大,高压下（25-29 MPa）比较小,水煤气转化的反应动力学方程为k=10^3.75×exp（-0.66×10⁵/RT）（s^-1）。碱性钾盐均能显著提高CO转化率,其催化促进程度从大到小依次为：KHCO₃>K₂CO₃>KOH。添加碱性钾盐时,提高反应温度、延长停留时间均提高CO转化率,而压力的影响比较复杂。碱性盐对水煤气转化反应的催化是通过草酸盐（HC₂O₄^-）和甲酸盐（HCOO^-）作为中间产物进行的。     

稻秆的烘焙预处理及其固体产物的气化反应性能

稻秆资源分散、水分含量高且密度低、热值低,烘焙预处理技术能够降低收集运输的物流成本,获得的固体产物能量密度高、可磨性好,适于气流床气化。在固定床热解装置上通N₂保护,稻秆分别经过200℃、250℃、300℃烘焙30min,得到的固体产物在热重分析仪中与CO₂进行非等温气化实验,升温速率20℃/min,终温1200℃。实验结果表明,稻秆烘焙产物以固体剩余物和不凝结气体为主,还有少量可凝结液体(水分和焦油)。气体产物中CO₂所占比例超过80%,其次为CO和微量CH₄。预处理温度越高,固体剩余物越少、气体产物越多,可凝结性液体变化不大。稻秆烘焙过程的能量产率为40%~60%,随温度升高经历了急剧下降和缓慢降低两个阶段。固体剩余物的可磨性相比原始稻秆有了很大的提高,易于制细粉用于气流床气化。烘焙温度升高,所得固体产物气化反应性提高。根据Coats-Redfern法确定烘焙稻秆焦-CO₂气化反应机理符合二维扩散模型,求得反应活化能73kJ/mol~88kJ/mol。     

催化热解生物质制取富氢气体的研究

在实验室自制的固定床反应器上, 考察了秸秆和锯屑的热解行为, 研究了热解产物分布特别是富氢气体的体积分数和产率, 着重研究了（5种金属氧化物和2种碳酸盐催化剂）的催化效果。结果表明,温度从500 ℃提高到850 ℃, 秸秆和锯屑的热解气产率分别从29.0%提高到40.6%, 35.0％提高到46.5%, 而对应的富氢气体的体积分数分别从41.2％提高到48.2%, 40.6％提高到47.0%；在5种金属氧化物中，Cr2O3显示了最好的催化效果，在750 ℃时对应的热解气产率与不使用催化剂相比提高了10％，富氢气体的体积分数提高了13％；催化剂（CaCO3和Na2CO3）占生物质的质量分数对热解气和富氢气体产率有明显的影响，当质量分数从0增加到30％时， 热解气和富氢气体产率增加较明显，而后其值的增加可以忽略， 因此推荐使用的催化剂质量分数为30％。     

CeO2 as the Oxygen Carrier for Partial Oxidation of Methane to Synthesis Gas in Molten Salts： Thermodynamic Analysis and Experimental Investigation

A new technique -- the direct partial oxidation of methane to synthesis gas using lattice oxygen in molten salts medium has been introduced. Using CeO2 as the oxygen carrier, thermodynamic data were calculated in the reaction process, and the results indicated that direct partial oxidation of methane to synthesis gas using lattice oxygen of cerium oxide is feasible in theory. In a stainless steel reactor, the effects of temperature and varying amounts of γ-Al2O3 supported CeO2 on cn4 conversion, H2 and CO selectivity, were investigated, respectively. The results show that 10% CeO2/γ-Al2O3 has the maximal reaction activity at a temperature of 865 ℃ and above, the H2/CO ratio in the gas that has been produced reaches 2 and the CH4 conversion, H2 and CO selectivity reached the following percentages： i.e. 61%, 89%, and 91% at 870 ℃, respectively. In addition, increase of reaction temperature is favorable for the partial oxidation of methane.     

脉冲电晕放电-催化转化CO2为CO

在常温、常压下，较系统地研究了CO2在脉冲电晕等离子体条件下的活化与转化，考察了反应器参数、脉冲成形电容、应用电压、气体流量、电晕极性对二氧化碳转化的影响。在本实验条件下，最佳反应器的有效长度为125mm,内径为22mm。二氧化碳转化率和一氧化碳产率随应用电压的增加而增加。另外，随着应用电压的增加，脉冲反应器的能量利用效率反而降低。随着气体流量的增大，二氧化碳的转化率及一氧化碳的产率下降。γ-Al2O3的存在大大促进了二氧化碳的转化，CO2的最高转化率达23％。由于γ-Al2O3在物化性质方面的特性，γ－Al2O3的存在对二氧化碳的转化有重要的作用。研究表明：脉冲电晕放电－催化转化CO2为CO是可行的。     

负载碳酸钾煤焦上CO甲烷化反应的研究

在加压固定床反应器中,考察了负载碳酸钾的府谷煤热解半焦和不同气化率的部分气化半焦对CO甲烷化反应的催化性能。结果表明,原煤热解半焦和脱灰煤热解半焦的甲烷化活性都很低,而负载10%(质量分数)碳酸钾的热解半焦甲烷化活性明显提高,甲烷收率可达30%。负载碳酸钾的热解半焦水蒸气气化反应速率与碳气化率呈"火山"型关系曲线,在碳气化率为22%时达到极大值。在气化反应速率较高时得到的部分气化半焦上,甲烷化反应速率较低。利用红外光谱对半焦官能团进行分析,发现在热解过程中,碳酸钾和煤发生反应形成C-O-K复合物,在1100 cm-1附近出现特征振动峰,该峰的强度与碳气化反应速率成正比。不同气化率半焦经过甲烷化反应后,红外光谱谱图中C-O-K峰强度不同程度增大。