生物质热反应机理与活化能确定方法Ⅰ.干燥段研究

干燥段是生物质热解的第一个过程.采用热分析仪研究了杉木木屑干燥段质量和热量的变化,推导了非等温干燥动力学模型,探讨了热质传输机理.结果表明,随着温度的升高,木屑含湿量迅速下降,80℃左右出现一个明显的失重峰;非等温干燥动力学Page模型能很好地模拟木屑干燥过程,木屑干燥活化能为12.6 kJ/mol;水分传输与热量传递...     

生物质热解、加氢热解及其与煤共热解的热重研究

在加压热天平上用非等温热重法进行生物质（锯末、稻壳）在Ｎ２气氛下的热解和加氢热解研究。考察了升温速率（５～２５℃／ｍｉｎ）和压力（０．１～７ＭＰａ）的影响，求取了热解动力学参数，并研究了生物质与煤在常压Ｎ２气下的共热解过程。研究结果表明：生物质在４００℃左右即完成热解反应，总失重率大于７０％（Ｗ％，ｄａｆ．），热解时仅一个峰位于３００℃左右；与煤热解行为相同，随升温速率及压力的升高，转化率下降，ＤＴＧ峰移向高温，但由于热解反应在较低温度下进行，氧气的存在对生物质热解ＴＧ和ＤＴＧ的影响远小于煤热解。证明生物质热解以其内部氢对自由基的饱和及分子重排反应为主。生物质热解可用一级反应动力学处理，主要热解阶段及表现活化能分别为：锯末，２６７～３１４℃，６９．６６ｋＪ／ｍｏｌ；稻壳，２８３～３１０℃，５３．４５ｋＪ／ｍｏｌ；生物质由于与煤的热分解温度相差很大，因而在其共热解过程中无协同作用。     

基于分布活化能模型法的农林生物质热解动力学对比研究

采用热重质谱（TG-MS）联用技术,考察杏壳、小麦秸秆与杨树木屑等典型农林生物质的热解行为及动力学。结果表明,组分差异使得三种生物质在主要反应区间内（200–450℃）表现出不同的特征。采用等转化率法计算发现,杏壳平均活化能为188.22 kJ/mol,秸秆平均活化能为220.77 kJ/mol,木屑平均活化能为175.87 kJ/mol。利用分布活化能模型（DAEM）法计算生物质中各组分的平均活化能,发现三种生物质中存在平均活化能较高的第四组分（杏壳297.44 kJ/mol、秸秆284.35 kJ/mol和木屑309.96 kJ/mol）,而半纤维素与纤维素呈现“秸秆<杏壳<木屑”规律。各类动力学计算方法能够互为补充,等转化率方法的整体计算结果与单组分分布活化能模型法结果接近,方法更简便,而分布活化能模型法可以求得原料不同组分的动力学参数,弥补等转化率法的不足,综合使用可以形成对热解反应更为全面的认识。     

玉米秸热解动力学研究

生物质能具有低硫和二氧化碳零排放的特点,其在能源结构中的地位越来越重要。作为一种高效生物质能转化途径,热化学转化可获得气、液和固态多种能源产物。其中,热解是热化学转化中最为基本的过程,是气化、液化及燃烧过程的初始和伴生反应,对热解的分析有助于热化学转化过程控制及高效转化工艺的开发。热解动力学是表征热解过程中反应过程参数对原料转化率影响的重要手段,通过动力学分析可深入了解反应过程和机理,预测反应速率及难易程度,为生物质热化学转化工艺的研究开发提供重要的基础数据。国外对纤维素热解动力学已进行了一些研究,但生物质作为纤维素、半纤维素、木质素等的复杂聚合物,其热解行为与单纯纤维素差别较大。因此本文的热解研究集中在玉米秸这种常见的软质秸秆类生物质原料。     

生物质热解油气化试验研究

生物质是一种环境友好可再生资源，可以通过多种途径转化为液体燃料。生物质热解液化即是在缺氧状态下对生物质进行快速加热，然后再对热解产物进行快速冷凝，最后获得一种称为生物油的液体燃料的技术。该技术以及生物油的特点主要有：热解液化温度为500℃，远低于生物质热解气化所     

生物质废弃物的热解研究

生物质能是可再生能源,在生长过程中通过光合作用将碳和能量固定下来,利用生物质能CO2排放很少.为实现可持续能源生产和减少温室气体排放的目的,中国已于2006年1月开始实施《中华人民共和国可再生能源法》.     

生物质热解液化与美拉德反应

对生物质热解液化和美拉德反应进行了介绍,指出美拉德反应不仅存在于生物质热解液化过程中,而且通过引入适量氨等调控措施,可以促进美拉德反应有选择性地生成吡嗪类杂环化合物等高值化学品,然后再通过分级冷凝将生物油分为化工生物油和燃料生物油,前者用于分离提取高值化学品,后者用于锅炉和窑炉的燃料.引入美拉德反应后,生物质热解液化技术经济性将会得到根本性的改善.     

生物质快速热解制备液体燃料

本文回顾了生物质快速热解液化技术的国内外研究现状,重点叙述了初级生物油的化学组成和燃料性质,指出生物油是一种复杂的含氧有机混合物,具有水分含量高、氧含量高、热值低、酸含量高、安定性差和化石燃油不互溶等独特的性质;针对这些性质,介绍了几种常用的生物油精制提炼方法,包括催化裂解、催化加氢、高温热解气过滤、添加助剂、催化酯化、柴油乳化以及制备富氢合成气与费托合成,并分析了各种精制技术发展的关键问题.     

生物质在流化床中的热解和气化研究

在水蒸气及氮气流态化条件下 ,对不同生物质原料进行了热解气化实验 ,研究气体产物产率、成分随反应温度的变化规律。在一个常压鼓泡流化床实验台上 ,对五种生物质原料热解气化综合过程的气体产物产率及成分进行了测定。文中重点分析了原料SD2 0 1 (EucalyptusGlobulus锯末 )与SD2 0 2 (PinusRadiata锯末 )在水蒸气及氮气流化和不同温度条件下的热解气化特性 ,同时还分析了两种流化介质条件下生物质热解气化实验结果的差别。     

生物质快速热解制备液体燃料

本文回顾了生物质快速热解液化技术的国内外研究现状,重点叙述了初级生物油的化学组成和燃料性质,指出生物油是一种复杂的含氧有机混合物,具有水分含量高、氧含量高、热值低、酸含量高、安定性差和化石燃油不互溶等独特的性质;针对这些性质,介绍了几种常用的生物油精制提炼方法,包括催化裂解、催化加氢、高温热解气过滤、添加助剂、催化酯化、柴油乳化以及制备富氢合成气与费托合成,并分析了各种精制技术发展的关键问题。     

生物质快速热解制备液体燃料

本文回顾了生物质快速热解液化技术的国内外研究现状,重点叙述了初级生物油的化学组成和燃料性质,指出生物油是一种复杂的含氧有机混合物,具有水分含量高、氧含量高、热值低、酸含量高、安定性差和化石燃油不互溶等独特的性质;针对这些性质,介绍了几种常用的生物油精制提炼方法,包括催化裂解、催化加氢、高温热解气过滤、添加助剂、催化酯化、柴油乳化以及制备富氢合成气与费托合成,并分析了各种精制技术发展的关键问题.     

生物质与废轮胎共热解催化热解油蒸发过程及其动力学研究

采用热重微商(TG-DTG)法考察生物质稻壳与废轮胎共热解经催化与非催化热解油的热失重行为,并同0#柴油的热失重行为进行了比较;同时采用Achar微分法和Coats-Redfern积分法对热解油热失重蒸发过程的蒸发热进行了计算,并结合Satava和Bagchi法确定了热失重蒸发过程的机理函数, 建立了0#柴油和在催化与非催化条件下得到的热解油蒸发过程的动力学方程,得出了在催化与非催化条件下热解油热失重过程的机理函数,其动力学方程为dα/dt=Ae-△vapH/RT(1-TBX〗α)2;而0#柴油的热失重蒸发过程动力学方程为dα/dt=1.5Ae-△vapH/RT(1-α)2/3\[1-(1-α)1/3\]-1。蒸发热的顺序由大到小依次为,柴油＞非催化热解油＞SBA-15热解油＞MCM-41热解油。结果表明,通过建立的模型函数得到的蒸发热与实验值非常接近。催化剂SBA-15和MCM-41的存在对降低高沸点馏分的物质具有一定作用,而SBA-15催化作用强于MCM-41。     

生物质主要组分低温热解研究

利用热重分析仪和裂解气质联用仪进行生物质主要组分低温热解特性研究。热重实验结果表明,生物质主要组分的热稳定性为：纤维素>木质素>半纤维素。半纤维素主要热解温度在210℃～320℃,而纤维素和木质素的主要热解温度分别在310℃～390℃和200℃～550℃。裂解气质联用实验考察不同温度对生物质主要组分低温热解产物的影响。半纤维素热解产物主要有乙酸、1-羟基-丙酮和1-羟基-2-丁酮,纤维素热解产物主要包括左旋葡聚糖和脱水纤维二糖,而木质素热解产物主要是邻甲氧基苯酚。     

生物质在超临界水中热解行为的初步研究

在间歇式高压反应釜中，考察了生物质（稻杆）在超临界水中的热解行为，研究了热解产物分布随反应温度、压力以及停留时间的变化规律。结果表明,气体收率随温度升高而增加，油收率则先增加后减少，380 ℃～410 ℃产油量较大，可达28.57%；气体收率和油收率随压力升高而增加，残渣收率则明显减小，但当压力高于31.5 MPa后，油收率基本不再随压力的升高而变化；气体收率随停留时间的延长而增加，油收率则先增加后减少。     

煤与生物质热重分析及动力学研究

利用热重分析仪对稻秆、麦秆、木屑和煤单独及混合热解特性进行了研究。通过对不同混合比例热解与单独热解对比表明,混合热解中不同生物质起始热解温度、生物质挥发分最大析出温度、煤挥发分最大析出温度随着煤混合比例的变化呈规律性变化。对混合热解实验数据与单独热解参数按混合比例后特性参数分析表明,混合热解导致固体产物产率提高。实验通过对稻秆两种方式的脱灰及脱挥发分处理后混合热解分析,脱挥发分稻秆与脱灰分稻秆对煤的热解都起到了促进作用,证明了生物质中的碱/碱土金属能促进煤在较低温度下热解,硅元素对热解速率起抑制作用。推测生物质与褐煤的共热解中存在协同作用。     

生物质催化热解制取轻质芳烃

以轻质芳烃苯、甲苯、二甲苯和萘(BTXN)为目的产物,采用双颗粒流化床反应器对3种木材生物质进行了热解实验. 结果表明,木材生物质的初次热解终止温度低,有利于低温催化转化. 生物质中92%的挥发分在673 K时已释放完全,且生物质在初期热解得到的焦油经过二次分解反应可以转化为其它产物,通过有效控制生物质热解二次气相反应,能够改变其产物的分布,从而获得不同的目的产物. 生物质的催化加氢热解实验结果表明,催化剂种类和热解温度对加氢热解产物收率及其分布均有影响, BTXN是热解或加氢热解过程中二次气相反应的中间产物. 为了获得高产率的BTXN, 必须选择加氢活性适度的催化剂. 当CoMo-S/Al2O3催化剂作为流化介质进行加氢热解时,在863 K时, BTXN的收率可达6 3%(干燥无灰质量基准), 而NiMo/Al2O3催化剂表现出了很强的加氢活性, CH4的收率高达99 5%.     

生物质热解制备木醋液及其性质研究

对杉木屑、棉杆、竹屑三种生物质热解制得的木醋液产率、基本理化性质及其有机成分进行了分析研究。结果表明,三种生物质原料在350℃下热解制得的粗木醋液、精制木醋液产率相差不大,相同条件下氯化钾浸渍处理后的杉木屑热解所得的粗木醋液、精制木醋液的产率有所降低。三种原料制得的精制木醋液的理化性质不同,杉木屑木醋液的pH值最小,密度最大,竹屑和棉杆木醋液的有机酸含量相对较高。采用GC-MS对精制木醋液中的有机成分进行了分析,结果表明,杉木屑木醋液中的主要组分为酸类、酚类和酮类化合物,棉杆和竹屑木醋液中的主要组分除这三类有机物质外,还含有相对含量较高的醇类化合物。酸类和酚类化合物在三种木醋液中的相对含量依次是竹屑 >棉杆 >木屑;酮类的相对含量依次是木屑 >棉杆 >竹屑。氯化钾处理后的木屑热解所得的木醋液中主要组分酚类和酮类化合物的相对含量有所降低,酸类化合物的相对含量增加,主要表现为乙酸相对含量的增加。与杉木屑木醋液相比,KCl处理后的杉木屑木醋液中的醇类化合物相对含量增加了1倍左右。     

生物质在微型流化床中热解动力学与机理

利用微型流化床反应分析仪(MFBRA)研究了生物质在氩气氛中的热解反应,通过在线反应物供给和生成气组成变化监测,实现了设定温度下生物质热解反应速率的测试、动力学参数的求算和反应机理的分析。应用该仪器测定的生物质在800℃的热解时间为10s,明显小于传统文献报道值。测试的气体释放顺序与反应动力学参数初步证实了生成的不同气体间存在耦合反应,且各气体生成难易程度存在差异。测试的反应级数为1.62,以整体挥发分为基准的活化能与指前因子分别是11.77kJ/mol和1.45s-1,明显小于常规热重方法的测试值。     

烟煤与生物质快速共热解产物特性分析

研究了烟煤(YL)分别与富含半纤维素的玉米芯(CB)和富含木质素的松木屑(SD)快速共热解产物产率和气体组成的变化规律。结果表明,烟煤与生物质共热解组分互相作用,造成共热解气、液、固相产率和气体组成的明显变化,且与生物质种类有关。相对于独立热解过程,玉米芯丰富的半纤维素造成热解水蒸气和CO₂浓度较高,且玉米芯中富含的K元素挥发迁移至煤焦表面,对热解半焦与水蒸气、CO₂的气化反应起到催化作用,反应生成的H₂和富氢组分易与热解生成的自由基结合,抑制自由基之间的缩聚反应,使得共热解气体和液体产率增加,而半焦产率减小。烟煤/松木屑共热解过程中,松木屑中富含的Ca元素在煤焦表面迁移,促进了松木屑热解液体在半焦表面裂解反应,生成CO₂、CO和富氢自由基等轻质组分,造成共热解半焦和液体产率降低而气体产率增加。热解产物半焦、焦油、水蒸气、CO₂之间的气化和裂解反应均产生富氢的次生组分,从而提高了共热解气体中CO和烃类气体产率,降低了H₂产率。     

热解温度对生物质焦理化特性的影响

利用SEM、BET及TGA对在873、1 073和1 273 K下制得的麦秆焦的理化特性进行分析,进行了用制得的麦秆焦还原NO的实验,同时考虑了焦样及NO初始浓度对该反应的影响,得出了热解温度对麦秆焦的各种物理化学特性及其与NO反应活性的影响。结果表明,1 073 K焦样的孔隙特征最为发达,燃烧活性最高,并对应最高的NO还原效率。焦作用下NO的还原率随着焦样浓度的增大线性升高,而随着初始NO浓度的增大呈幂函数的规律下降。不同热解温度下麦秆焦样与NO的反应均在1 173 K附近存在动力学控制和扩散控制的转折温度;在动力学控制的反应温度范围内,热解温度对麦秆焦与NO反应活化能的影响不大(89.78~95.41 kJ/mol),其中,NO浓度项和焦浓度项的反应级数分别为0.89和1.00。