毛竹酶解/温和酸水解木质素的快速热解研究

采用热裂解-气相色谱/质谱仪联用技术,研究毛竹酶解/温和酸水解木质素(简称EMAL)的热解特性和热解产物的分布与形成规律.以温度为重要因素,研究其对木质素快速热裂解产物的影响,并通过主要的热解产物推断热解反应途径.研究结果表明,EMAL的热解产物主要是2,3-二氢苯并呋喃、酚类、脂类和少量乙酸.热解温度对热解产物组分的相对含量有显著影响,250~400 ℃时,产物主要是2,3-二氢苯并呋喃,320 ℃时其相对含量最高,达到66.26%;400~800 ℃时,热解产物主要是酚类,600 ℃时其相对含量最高,达到62.58%;800 ℃时出现了少量的乙酸.     

温度对松木屑气化液体产物组成的影响

利用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和气质联用(GC/MS)技术,研究了松木屑在400~900℃气化液体产物的主要组成成分和液体产物主要化学组成的来源与转化随气化温度变化的规律。结果表明,松木屑低温气化液体产物主要为酮、呋喃和愈创木酚等含氧化合物。随气化温度升高,液体产物的组成发生显著变化,400~ 500℃主要发生愈创木酚向酚类化合物的转变,500~600℃主要发生酮、呋喃向酚类化合物的转变,600~700℃主要发生酚类向茚和PAHs (多环芳烃)的转变,700~900℃主要发生酚类化合物向PAHs的转变,900℃液体产物的组成为大分子量的PAHs。     

温度对稻草流化床快速热解液相产物影响的研究

研究了温度对稻草流化床快速热解中热解油产率的影响,利用GC/MS、FT-IR考察了不同热解温度(300℃~600℃)及冷凝温度(22℃、-4.4℃)下,稻草经过热解所获得的热解油组成。结果表明,稻草在400℃热解温度下可获得最高热解油产率43.1%;冷凝温度对热解油的品质有较大影响,降低冷凝温度能够增加热解油中有机物的含量,热解油中的水分含量随之降低,同时热解油的热值也随之得到提高。     

芬顿预处理对木质素快速热解甲氧基脱除规律研究

采用不同H₂O₂含量的芬顿溶液对碱木质素进行预处理，并结合快速热解，探究轻质生物油中含甲氧基化合物含量的变化规律，同时研究了芬顿溶液对木质素结构的影响规律。结果表明，轻质生物油中含甲氧基团的酚类化合物峰面积从AL（未处理碱木质素）的7.3×10⁹下降至13-FML（H₂O₂含量为13 mL/g芬顿溶液预处理碱木质素）的5.2×10⁹，减少了0.29倍。而含甲基团和乙基团的酚类化合物峰面积从AL的3.9×10⁹上升到13-FML的7.2×10⁹，增加了0.85倍。同时，轻质生物油产率从22.4%提高到28.7%。通过FT-IR、¹H NMR和¹³C NMR分析发现，芬顿预处理使木质素凝缩性结构单元减少，甲氧基含量降低，为后续快速热解产生低甲氧基含量的生物油提供了有利条件。     

大同煤在不同温度下快速热解的液体产物

用热解-色谱-质谱联用技术测定了大同煤快速热解液体产物的组成。比较了低温和高温热解液体产物的组成之间的特征差异。在530℃至950℃范围内,考察了温度对主要液体产物包括脂肪烃(C_7～C_(19))、苯类化合物、酚类化合物和萘类化合物的影响。还根据煤分子结构模型对产物形成进行了探讨。     

晋城无烟煤加压快速热解特性及其对气化反应的影响

利用自行设计的加压热重固定床反应器进行了晋城无烟煤加压快速热解特性的研究,并结合热天平半焦等温热失重分析,考察了热解温度、停留时间和热解压力等外部操作条件对煤焦快速热解半焦特性的影响。结果表明,随热解温度的提高、停留时间的延长和热解压力的增大,所得到的半焦产率降低,气化反应性减弱,活化能提高;高温产生较小的比表面积,而停留时间的延长和压力的提高产生较大的比表面积,比表面积与气化反应速率无明显的依存关系。水蒸气气化速率是CO2的四倍左右。     

混合废塑料与煤共热解液体产物中氯的含量与赋存形态

采用离子色谱等方法测定了不同热解条件下液体产物（包括焦油和水）中氯的质量分数,讨论了影响煤与废塑料共热解过程中,热解温度、恒温时间、升温速率及气体流量等因素对液体产物中氯质量分数的影响。并通过红外光谱、离子色谱等手段分析了液体产物中氯的赋存形态。结果表明,煤热解过程中加入一定量的废塑料,并没有给焦油中带来大量的有机含氯化合物,但增加了焦油的产率,同时降低了水的产率。水中氯主要以无机盐（NH₄Cl）和有机胺类盐酸盐等含氯化合物的形式存在;焦油的红外光谱中没有明显的C-Cl吸收峰,说明焦油中有机氯的含量非常少。     

反应条件对稻杆热解产物分布的影响

以稻杆为研究对象，在温度６５０℃－１０００℃，考察了热解因素包括最终温度，析出挥发性产物停留时间，传热与传质强化措施，原料颗粒尺寸和原料种类对稻杆在间壁式加热固定床上热解产物分布的影响。结果表明，温度，停留时间，传热与传质强化措施对热解产物分布影响显著，转化率随各种反应条件的变化可高达８０％。     

废旧高分子材料在回转窑内热解的研究：热解终温对热解产物的影响

以废旧高分子材料—ＰＥ塑料,ＰＶＣ塑料和废轮胎为试验物料,在外热式回转窑内进行了一系列热解试验。考察了热解终温对热解产物的产率及产物特性的影响。随热解终温的提高,热解气体的产率上升而半焦的产率下降;ＰＥ和ＰＶＣ的热解焦油的产率下降,而废轮胎则相反。在试验温度范围内热解气体的平均热值有一最大值;ＰＶＣ在热解过程中Ｃｌ－ＨＣｌ的转化率为５２０％～５６０％;热解终温对焦油的ＣＨ原子比、热值及族分均有一定影响;热解终温对热解半焦的热值、Ｃ和Ｈ残余率以及半焦反应活性也有一定的影响     

Continuous fast pyrolysis of biomass at high temperature in a fluidized bed reactor

In order to perform biomass pyrolysis a continuous fluidized bed reactor (bench scale unit) has been assembled. The influence of experimental conditions such as heating-up time and optimum particle diameter is presented. By feeding the biomass (almond shells) directly into the bubbling bed, pyrolysis has been performed at temperatures ranging from 730° to 930°C at constant feed rate (44 g/h). Remarkable increase of H₂ in the product gas is observed when steam rather than an inert carrier such as nitrogen is used thus confirming the potential of this approach.The support of ENEA (Italian Agency for Renewable Energies) is gratefully acknowledged.     

Effect of conditions on fast pyrolysis of bamboo lignin

Products derived from bamboo EMAL pyrolysis were investigated by means of pyrolysis-gas chromatography/mass spectrometry (Py-GC/MS) and the effects of temperature and catalyst (sodium chloride, permutite) on the yields of pyrolysis products were probed in detail. The results showed that thermal degradation of EMAL mainly occurred at the temperature range from 250 °C to 600 °C, and both the temperature and catalyst in EMAL pyrolysis were important factors in the formation or inhibition of products. The products that derived from p-hydroxyphenylpropanoid, guaiacylpropanoid, and syringylpropanoid of lignin units by pyrolytic reactions were classified as the heterocycle (2,3-dihydrobenzofuran), phenols, a small quantity of acetic acid and furans, etc. With an increase of pyrolysis temperature, the amount fraction of 2,3-dihydrobenzofuran (DHBF) decreased from 66.26% to 19.15%. Moreover, when the additive catalyst increased from 5% to 20%, permutite catalyst improved in the formation of DHBF from19.15% to 24.19%, whereas NaCl catalyst was effective to inhibit the production of DHBF from 19.15% to 13.08%. Permutite promoted the production of coke from EMAL pyrolysis, conversely, NaCl had an inhibiting effect on the generation of coke. And NaCl catalyst had a significant catalytic effect on raising or reducing of the product yields in bamboo lignin pyrolysis.     

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。     

Screening acidic zeolites for catalytic fast pyrolysis of biomass and its components

Zeolites have been shown to effectively promote cracking reactions during pyrolysis resulting in highly deoxygenated and hydrocarbon-rich compounds and stable pyrolysis oil product. Py/GC-MS was employed to study the catalytic fast pyrolysis of lignocellulosic biomass samples comprising oak, corn cob, corn stover, and switchgrass, as well as the fractional components of biomass, i.e., cellulose, hemicellulose, and lignin. Quantitative values of condensable vapors and relative compositions of the pyrolytic products including non-condensable gases (NCG's) and solid residues are presented to show how reaction products are affected by catalyst choice. While all catalysts decreased the oxygen-containing products in the condensable vapors, H-ZSM-5 was most effective at producing aromatic hydrocarbons from the pyrolytic vapors. We demonstrated how the Si/Al ratio of the catalysts plays a role in the deoxygenation of the vapors towards the pathway to aromatic hydrocarbons.     

CO对褐煤快速热解行为的影响

利用快速升温固定床进行了霍林河褐煤在CO气氛下快速热解反应行为的研究,考察了热解半焦的产率、性质和气体产物的分布特点。半焦的红外光谱图、元素含量和表面结构性质分析表明,CO参与并改变了褐煤的热解行为。与N₂气氛相比,热解温度低于600 ℃时,带孤对电子的极性CO容易诱发半焦结构中芳香环的开裂,侧链、醚键和脂肪链的断裂,促进小分子片段和自由基的生成,自由基稳定了煤热解生成的碎片,导致挥发分的生成和逸出量增加,H₂、CH₄、CO和CO₂的产率增大,半焦产率降低,半焦的比表面积和孔容增大。热解温度高于700 ℃时,CO的歧化反应程度增大,产生的积碳附着于半焦的表面,阻塞了孔道,导致半焦的比表面积和孔容减小,从而抑制了CO在半焦孔隙结构内部的扩散,限制了CO与煤中有机大分子结构的接触和反应,导致H₂、CH₄和CO产率减小,而CO₂产率因CO歧化反应而增大。     

果糖低温快速热解制备糠醛的机理研究

果糖低温快速热解制备5-羟甲基糠醛(HMF)的过程中,糠醛(FF)是一种重要的副产物。通过Py-GC/MS(快速热解-气相色谱/质谱联用)实验考察果糖低温快速热解过程中FF的形成特性。结果表明,FF的产率和相对含量都随着热解温度的提高先增大后减小,并在350℃时达到最大值,最高相对峰面积含量达到11.6%。此外,通过密度泛函理论计算,研究果糖热解形成FF的四条可能途径,计算结果表明,果糖热解形成FF的最优途径为路径2,即果糖首先经历一个协同的六元环过渡态,C5-C6键断裂的同时C6位羟基上的氢与C4位的羟基发生脱水反应,脱出一分子甲醛和一分子水,生成含C4=C5双键的二氢呋喃中间体,随后C2位上的羟基与C1位上的氢通过一个四元环过渡态又脱出一分子水,生成的烯醇中间体中烯醇氢与C3位的羟基最后经历一个六元环的过渡态再脱出一分子水,最终形成FF。     

酸洗预处理对纤维素热裂解的影响研究

为获得液体产量的最大化和提高产物中糖类的质量分数,采用盐酸（3%、5%、7%）、磷酸（7%）和硫酸（7%）对纤维素进行酸洗预处理。不同酸洗预处理下纤维素的微观结构和聚合度变化表明,酸处理损坏了纤维素的物理结构,并使聚合度大幅度降低。在“┣”形石英玻璃反应器的快速热裂解试验装置上进行了不同酸处理前后的纤维素热裂解试验,发现酸浸泡处理后,生物油产率下降,相应的气体和焦炭产率提高,并且随着酸浓度的提高,该趋势逐渐增强。与盐酸和磷酸相比,硫酸对生物油的生成具有更强的抑制作用,这表明,酸对纤维素交联和脱水反应的催化效果。通过GC-MS色质联机分析技术对生物油成分进行分析,发现酸的存在并没有改变生物油成分的种类,但使化合物之间的相对质量分数发生了变化。左旋葡聚糖的质量分数随稀酸溶液浓度的增加呈下降趋势,原因是残留在物料中的微量酸以催化脱水和交联反应的方式,对其生成起抑制作用。     

煤高温快速热解规律研究

利用高温滴管炉在1000℃～1400℃考察了彬县烟煤在高温快速热解过程中失重的变化,同时比较了埃塞俄比亚褐煤和晋城无烟煤的热解规律。结果表明,热解失重率随温度的升高而增加,而且各种煤种的最大失重率在高温下大于工业分析的失重率。对于不同变质程度的煤种其热解特性也不相同,较低的热解温度对高阶煤的影响较小。彬县原煤经过热解后比表面积增加,且随着热解温度的提高而增大,当热解温度超过灰熔点时,总比表面积降低。通过数据回归,得到了三种煤的失重率和热解温度的关联式。