酸预处理对生物质热裂解规律影响的实验研究

在自制的热裂解机理实验台上进行了不同酸处理对稻壳以及白松的热裂解影响实验研究。经过盐酸浸泡后,稻壳中的金属离子含量明显降低;经盐酸洗涤后的稻壳热裂解焦油产量升高,由原始物料时的41.74%增加到7%盐酸洗涤后的52.88%,而气体和焦炭产量相应降低,并且随着盐酸浓度的增加,对应的趋势更加明显。酸洗涤后稻壳热裂解气体产物主要由CO和CO₂组成,其产量相比原样都有所降低;不同种类的酸对生物质热裂解规律的影响存在差异,盐酸因其去离子效果最好而对生物质热裂解产物分布影响最强;对白松原样以及酸洗后白松的微观结构进行了电镜分析,结果发现,硫酸对白松的微观结构产生了明显的影响。     

应用裂解气相色谱对生物质快速裂解反应条件的研究

采用现代化学分析领域中重要的分析方法 -裂解气相色谱法 ,对生物质的快速裂解进行了探索性研究。以杨木木屑为研究对象 ,在裂解温度 40 0～ 80 0℃ ,升温速率 1 0 0℃ s、2 50℃ s、50 0℃ s,挥发性产物停留时间 0 6～4 0s的裂解条件下 ,考察了杨木木屑快速裂解气、液、固三种产物及气相组分的分布规律。实验结果表明 ,气、液、固三种产物所占比例及其组分含量取决于裂解条件 -裂解温度、挥发份停留时间和升温速率 ,杨木在升温速率50 0℃ s、挥发性产物停留时间 0 6s、裂解温度 50 0℃下快速裂解 ,可获得最大的产液率 80 % (含水 )。物料平衡的结果证明了裂解色谱研究方法的有效性和可行性。     

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.     

TGA和Py-GC/MS研究不同氛围下烟草的热失重和热裂解行为

应用热重红外联用技术(TG-FTIR)和热裂解气相色谱-质谱联用技术(Py-GC/MS)对卷烟烟丝的热失重和热裂解行为及其裂解产物进行研究.采用热重分析法测定不同气氛下卷烟样品的热失重(TG)、微商热重(DTG)曲线,以及热裂解过程中H2O、CO2、CO、NH3和CH4等气体物质的释放量.结果表明,裂解气氛不同可以显著...     

生物质三组分热裂解行为的对比研究

在热天平上对比研究了生物质中的纤维素、半纤维素和木质素三种主要组分的热失重规律。结果表明,作为半纤维素模型化合物的木聚糖热稳定性差,在217℃～390℃发生明显分解;纤维素热裂解起始温度最高,且主要失重发生在较窄温度区域,固体残留物仅为6.5%;木质素表现出较宽的失重温度区域,最终固体残留物高达42%。在红外辐射机理试验台上对比研究了三组分热裂解产物随温度的变化规律。三组分热裂解生物油产量随温度变化先升后降。纤维素生物油产量在峰值上最高,但纤维素生物油热稳定性差,高温时挥发分的二次分解最明显;木聚糖和木质素生物油产量较低,表现出较好的热稳定性。三组分热裂解焦炭产量随温度升高而降低,最终纤维素热裂解焦炭产量为1.5%,而木聚糖和木质素分别为22%和26%。三组分热裂解气体产物随温度升高而增长,但在气体组成分布上因三组分的结构上的差异而不同。     

纤维素快速热裂解机理试验研究 Ⅱ. 机理分析

针对在热辐射反应器上得到的纤维素热裂解实验结果，对左旋葡聚糖、1-羟基-2-丙酮以及乙醇醛等一次产物的生成机理进行了分析研究。在气相产物快速析出并急冷的条件下，乙醇醛和1-羟基-2-丙酮二种产物的生成与LG的生成呈现出竞争反应。基于这一结果，我们建立了竞争反应动力学模型，并分别对乙醇醛和1-羟基-2-丙酮进行了模拟，得出二种产物的生成具有相似的动力学行为，表明这两种竞争化合物具有相同的初始反应。分析认为，纤维素的热裂解通过活性纤维素这一反应前体以异裂和均裂两种热解途径进行分解，其中转糖基作用下糖苷键的异裂断开形成了包括LG以及其同分异构体的脱水糖；缩醛结构的开环以及环内C—C键的断裂形成乙醇醛、1-羟基-2-丙酮以及CO等其它小分子化合物。在Brodio-shafizadeh模型的基础上提出了反应机理模型，并按照该模型对高辐射源温度下纤维素热裂解LG的生成进行了模拟，计算结果与实验数据吻合较好。     

热裂解气相色谱-质谱联用法研究丁香花蕾油的热裂解行为

在模拟卷烟点燃过程的条件下对丁香花蕾油进行了热裂解,以气相色谱一质谱法测定其在不同温度(300,600,900℃)下的裂解产物.结果表明:300℃时释放出主要成分子丁香酚,f}.石竹烯和乙酰丁香酚酯,总合量高达92.94%;在600℃时其主要成分子丁香酚发生大量裂解,并且产生少量有害物质;在900℃时子丁香酚完全裂解,且产生大量有害物质,根据主要的裂解产物和其相对含量的变化对丁香花蕾油的裂解机理进行初步探讨,为香精在卷烟中的作用评价提供重要的理论依据.     

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。     

烟草中多酚热裂解产物研究

多酚类化合物对烟草品质、色泽和烟气生理强度等方面有着重要影响,因此是衡量烟草质量的一个重要因素[7],对卷烟的香气品质有很重要的作用.绿原酸、芸香苷和莨菪亭是烟草中最主要的酚类物质[7],有证据表明酚类物质的存在能显著提高多环芳烃的致癌活性[1,6].卷烟主流烟气中酚类物质的含量的多少直接影响到卷烟的安全性.另外某些酚类物质可能是影响卷烟的口感,引起涩味、辣味、余味不干净的一种因素.研究它们的裂解产物对探索降低卷烟烟气有害成分,提高卷烟的吸食品质十分必要[2,5].     

纤维素快速热裂解机理试验研究 Ⅰ. 试验研究

在热辐射反应器上对纤维素快速热裂解过程中主要一次产物的生成规律进行了研究。结合焦油的GC-MS分析，发现左旋葡聚糖（LG）作为最重要的液体产物，占据了焦油质量的45w%～85w%。LG的生成主要集中在550 ℃～650 ℃中温辐射源区域，其产量随温度的变化存在一最佳值，约在640 ℃左右得到54.4w%的最高产率。乙醇醛(HAA)作为焦油的第二重要组分，在焦油中达到了6w%～14w%的比例，与之含量接近的还有1-羟基-2-丙酮(Acetol)，约为3.5w%～8w%。它们的产率在相当大的范围内随温度的升高而增加，表明高温有利于它们的生成。同时分析表明乙醇醛、1-羟基-2-丙酮是在与LG的竞争过程中作为纤维素热裂解一次产物直接生成的。     

Influence of the interaction of components on the pyrolysis behavior of biomass

There has been much interest in the utilization of biomass-derived fuels as substitutes for fossil fuels in meeting renewable energy requirements to reduce CO₂ emissions. In this study, the pyrolysis characteristics of biomass have been investigated using both a thermogravimetric analyzer coupled with a Fourier-transform infrared spectrometer (TG-FTIR) and an experimental pyrolyzer. Experiments have been conducted with the three major components of biomass, i.e. hemicellulose, cellulose, and lignin, and with four mixed biomass samples comprising different proportions of these. Product distributions in terms of char, bio-oil, and permanent gas are given, and the compositions of the bio-oil and gaseous products have been analysed by gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) and gas chromatography (GC). The TG results show that the thermal decomposition of levoglucosan is extended over a wider temperature range according to the interaction of hemicellulose or lignin upon the pyrolysis of cellulose; the formation of 2-furfural and acetic acid is enhanced by the presence of cellulose and lignin in the range 350-500 °C; and the amount of phenol, 2,6-dimethoxy is enhanced by the integrated influence of cellulose and hemicellulose. The components do not act independently during pyrolysis; the experimental results have shown that the interaction of cellulose and hemicellulose strongly promotes the formation of 2, 5-diethoxytetrahydrofuran and inhibits the formation of altrose and levoglucosan, while the presence of cellulose enhances the formation of hemicellulose-derived acetic acid and 2-furfural. Pyrolysis characteristics of biomass cannot be predicted through its composition in the main components.     

基于TG-FTIR的生物质催化热解试验研究

运用热重－傅里叶红外光谱联用技术(TG-FTIR),以麦秸为研究对象,探讨催化与非催化条件下生物质的热解挥发分析出特性,分析研究热解温度、催化剂种类对生物质热解主要析出产物的影响。通过热重TG和DTG曲线,获得了相关热解特性参数及动力学参数。结果表明,添加NiO和CaO存在两个失重峰,并促进麦秸热解反应进行,降低表观活化能,其中NiO对提高热解析出产率作用更显著。通过红外光谱对热解产物实时测量的分析表明,CO与CO2的析出与失重峰基本一致,而CH4的析出滞后于前两者。添加NiO和CaO有利于减少热解产物中的CO2的浓度,促进挥发分产物CO、CH4的生成。其中CaO更有利于生物质在温度800℃以下的热解性能改善,而NiO在800℃以上具有更好的催化作用。     

生物质微波干燥及其对热解的影响

通过与常规热风干燥方式比较,研究生物质微波干燥过程及其对热解的影响,以探索在生物质快速热解液化工艺中采用微波干燥技术进行原料预处理的可行性。干燥实验表明,微波炉的干燥速率明显大于烘箱（5倍以上）,同时在微波快速干燥过程中,原料内部的孔隙结构得到了改善。热天平上干燥样品的热解表明,微波干燥处理有利于生物质的热解,特别是纤维素和半纤维素的热解,并且能在一定程度上抑制生物油蒸汽的二次裂解反应,从而使实际流化床热解液化装置中的生物油产率有所提高。研究表明,将微波干燥技术用于生物质热解液化的原料预处理过程在技术上和经济上均具有可行性。     

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》.     

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。     

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％。     

Low temperature microwave-assisted vs conventional pyrolysis of various biomass feedstocks

A comparison between conventional pyrolysis and a novel developed low-temperature microwave-assisted pyrolysis methodology has been performed for the valorisation of a range of biomass feedstocks including waste residues.Microwave pyrolysis was found to efficiently deliver comparable evolution of bio-gases in the system as compared with conventional pyrolysis at significantly reduced temperatures(120 180 C vs 250 400 C).The gas obtained from microwave-assisted pyrolysis was found to contain CO 2,CH 4 and CO as major components as well as other related chemicals(e.g.acids,aldehydes,alkanes) which were obtained in different proportions depending on the selected feedstock.     

生物质组分及温度对闪速热解挥发分的影响

生物质是一种可再生、污染小的自然资源，它可以直接燃烧产生热能，也可以转化为气体、液体燃料或化工原料。生物质热转化技术近年来受到国内外学者的广泛重视。而热转化过程中，热解是第一步，与生物质组分、热解温度、滞留时间等因素有关。热重仪（TGA）是一种研究热解机理常用的方法，它适用于慢速程序升温的热解研究。研究发现，热解条件及生物质种类对反应表观活化能与表观频率因子等动力学参数有很大影响。层流炉闪速加热设备，已经用于煤的热解研究。本文利用自己设计的以热等离子体为热源的层流炉系统，对椰子壳、棉花秆和稻壳粉末进行了闪速热解实验研究及模型理论分析，探讨了生物质化学组分、热解温度和滞留时间对挥发分的影响，为生物质闪速热解提供了一定的基础数据。