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(NO₃)₃能够显著促进生物炭加氢生成甲烷,碳转化率高达97.4%,CH₄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FeSO₄迥异于Fe(NO₃)₃,具有抑制气态烃和生物油生成的作用。机理研究表明,Fe(NO₃)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FeSO₄则部分转化为Fe₂S₃,由此可致使铁催化剂失活。     

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。     

生物质热解油品位催化提升的思考和初步进展

生物质热解油是一种由几百种含氧有机物组成的混合物,需经过提质才能直接用作车用燃料.多数研究者以降低生物油的含氧量作为提质的目标,作者提出了一个完全不同的思路,以转化得到的稳定而易燃的含氧有机物为生物油提质的目标.实验表明,催化提质后生物粗油中不稳定的、腐蚀性的组分(如醛、酸、酚类等物质)大为减少,而相对稳定的、腐蚀性较低的组分(如酯、醇、酮类等物质)明显增加.本文小结了作者所在的研究团队在生物质热解油品位提升方面的近期研究进展.     

生物质热解产物中焦油的催化裂解

对生物质热解产物（粗煤气）中焦油的催化裂解过程进行了实验研究。实验装置主体由一个常压鼓泡床热解反应器和一个固定床催化裂解反应器组合而成,生物质原料为玉米杆屑,催化剂分别选用煅烧石灰石和煅烧白云石,实验结果表明,当催化裂解反应器内温度在800－850℃之间时,两种催化剂对粗煤气中焦油的催化裂解效果均非常明显,焦油裂解率均可达到90％以上,虽然煅烧石灰石的催化活性比煅烧白云石高,其失活速率也相对大一些。     

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。     

生物油水蒸气气化实验研究

利用固定床反应器对生物油的水蒸气非催化气化性能进行了实验研究,考察了温度和水蒸气的加入量对气化过程的影响,对气化所得粗合成气的组成分布进行了分析。结果表明,升高温度有利于生物油向合成气转化,1 200 ℃时,生物油的碳转化率可达97.8%,合成气有效成分(H₂+CO)的产率可达77%,其中H₂/CO摩尔比为1.19;水蒸气的加入可以提高合成气中的H₂/CO摩尔比,当S/C(水碳比)=4时,合成气中的H₂/CO摩尔比可达3.69,与此同时,水蒸气的加入不利于合成气有效成分产率的提高;生物油气化所得气体为中热值气体。     

生物油TG-FTIR分析与热解气化特性研究

以稻壳快速热解产物生物油为对象,在对其进行热重红外检测的基础上,结合生物油及其轻质、重质组分的热解气化实验,研究了生物油热解气化过程及气体产出特性。结果表明,生物油的热解气化分为两个阶段,一是轻质组分的快速挥发热解;二是重质组分的裂解气化与缩合缩聚,活化能分别为35~38 kJ/mol和15~22 kJ/mol。温度升高,热解气化效率增加,以H₂和CO为主的合成气产量增多,但气体产物热值降低。气体中H₂主要来自轻质组分的热解气化,而重质组分则裂解产生较多的CO、CH₄等物质。     

生物质气化燃气中固体颗粒物的恒温临氧热解机理研究

在固定床反应器中考察了不同气氛下PBG恒温热解特性的差异,结合XPS与~(13)C NM R等技术手段分析了400℃恒温热解条件下PBG固相产物的化学结构变化。结果表明,PBG在400℃恒温热解时,生物质气化燃气(BAG)与N_2气氛下更易生成焦油,其析出量分别为50.71与37.45 mg/g,而临氧燃气气氛(BAG+2%O_2)下焦油析出量仅为11.96 mg/g,说明适量O_2的存在可有效抑制焦油的生成。进一步进行化学结构分析表明,在燃气(BAG)恒温热解条件下,PBG主要发生以脱氢脱氧为主的芳香化缩聚反应,易形成焦油类的大分子多环芳烃;而在临氧燃气(BAG+2%O_2)恒温热解条件下,PBG表面的有机基团易与O_2发生表面氧化反应,生成表面含氧官能团,在一定程度上抑制了芳香环缩聚反应,进而有利于降低焦油类物质的产率。因此,在生物质气化燃气实际高温过滤过程中适当添加氧(如:2%O_2),可有效降低PBG焦油收率,且不会形成大分子多环芳烃,有助于解决粗燃气过滤的过滤介质堵塞问题。     

餐饮垃圾热解制取生物燃油的实验研究

主要研究温度、餐饮垃圾种类以及催化剂对餐饮垃圾热解所制生物燃油的产率和品质的影响。结果表明,猪肉和米饭的最佳产油温度均为410℃,白菜的最佳产油温度为450℃。米饭、白菜、猪肉的产油率分别为45.02%、25.60%、71.26%。采用氧弹热量计对其热值进行测定,米饭和白菜热解油的高位热值较低,分别为18.30MJ/kg和17.49MJ/kg;而猪肉热解油的高位热值为36.57 MJ/kg, 并且黏稠度较高。催化剂Co-MCM-41的催化效果明显,使餐饮垃圾的产油率由41.99%提高到66.30%,同时使热解油中的含氧化合物明显降低,而烷烃类和烯烃类的含量明显增加,高位热值由30.30MJ/kg提高到32.74MJ/kg。通过物理吸附仪对新制备的和使用一次后再生的催化剂Co-MCM-41进行表征,结果表明,催化剂Co-MCM-41再生后孔容、孔径和比表面积变化不大,性质基本不变,活性依然存在。
     

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。     

热解压力对生物质焦结构及气化反应性能的影响

利用加压固定床反应器、吸附仪、X射线衍射仪、元素分析仪、电感耦合等离子原子发射光谱仪等考察了热解压力对生物质半焦(以下简称半焦)产率、物化结构、元素组成的影响规律。同时,利用热天平对不同热解压力下所制半焦的气化行为进行了考察。结果表明,随热解压力升高,半焦产率增大,当压力升至1.0 MPa后,半焦产率基本不变;半焦中C元素含量随热解压力的升高而增加,而H元素含量和BET比表面积则减小;此外,随热解压力升高,玉米秸秆焦和锯末焦的石墨化程度增强,而稻壳焦的石墨化程度则基本不受热解压力影响。气化反应的研究表明,玉米秸秆焦及锯末焦的平均气化反应速率随热解压力的提高而减小,而稻壳焦的平均气化反应速率基本不受热解压力的影响。热解压力对半焦BET比表面积及碳微晶结构的影响规律与气化反应速率变化规律的对比研究表明,热解压力引起半焦微晶结构的变化是造成热解压力对半焦气化反应速率影响的主要原因。     

基于Fe负载的HZSM-5催化热解制备生物油实验研究

通过离子交换法制备含2%Fe(质量分数)的HZSM-5催化剂,采用X射线衍射仪(XRD)、激光粒度分析仪以及比表面积及孔径分析仪对催化剂进行表征,并在550℃下进行木屑的催化热解实验。对无催化剂和不同比例催化剂条件下得到的生物油进行GC-MS分析,结果表明,在Fe负载的HZSM-5作用下,生物油产率明显升高(最大增幅7%),轻质组分产率明显升高,重质组分产率略微升高。同时,轻质组分中的酮类、呋喃等含氧化合物含量降低,酚类、酸含量升高;重质组分中的酮类、呋喃类等含氧化合物含量明显降低,酚类、萘类含量明显增多。Fe负载的HZSM-5催化剂对木屑的热解反应有较好的催化效果,加强了对热解初始蒸汽的择形修饰,从而抑制了生物质三组分木质素初始热解产物中的醌类等容易一次或二次结焦物质的生成,孔道结构对蒸汽的二次反应被抑制,产物向较小分子的轻质产物上富集。     

生物质快速热解油水相溶液超声乳化特性

使用生物油水相溶液与0# 柴油乳化,筛选了四种常用乳化剂和一种助乳化剂进行复配乳化实验,考察了复配乳化剂型号、乳化剂用量、超声作用时间对乳化效果的影响。结果表明,六种乳化液超过30d不破乳,与0# 柴油相比,密度和热值相差不大,含水量3%以下,黏度增大约40%,pH值降低一半。因素分析法表明,水相溶液与柴油质量比和不同的水相溶液对乳化效果影响较大。探讨了乳化机理,认为生物油水相溶液中水、醛、酸、酮等极性组分化合物稳定地被乳化剂包裹在W/O型乳化液液滴中,生物油水相溶液中少量的乙酸乙酯、芳香类化合物等则增溶于非离子乳化剂胶束中。热力学分析表明,超声乳化作用比静置作用具有更大的熵增,乳化液更趋于稳定平衡状态。