预处理技术在生物质热化学转化中的应用

随着化石燃料的不断消耗和气候的变化,生物质能作为一种可再生能源越来越受到关注。生物质可以通过生物法和热化学法转化成有用的燃料,热化学转化技术因其可以将生物质高效地转化生成气体、液体和固体燃料使其占有主导地位。对生物质进行预处理可以改变其物理化学特性,并且这些改变影响着后期热化学转化生物质产品的品质和收率。本文综述了生物质预处理技术在热化学转化技术方面的应用进展。对生物质进行烘焙预处理改变其可磨性,疏水性。生物质热裂解之前对原料进行脱灰分减少了生物质中的灰分,改变了生物质热裂解液化的产品分布。预处理液化相对直接高压液化生物油收率大大提高,同时最优化反应温度也大大降低。     

生物质能源的开发与利用

本文概述了生物质能源的特征以及发展生物质能源的意义,综述了国内外生物质能源开发与利用的现状,简介了中国石油天然气股份有限公司生物质能源的发展思路、部署及工作进展。中国石油天然气股份有限公司生物质能源发展策略重点放在发展生物柴油和燃料乙醇。本文结合公司生物质能源长期发展战略以及实际工作开展情况分别从生物柴油、燃料乙醇两个方面详细探讨了所面临的生物质能源化工关键技术的需求,并提出相关发展建议。     

柴油-生物质油乳化燃料最佳HLB值及理化性质研究

采用超声波乳化法制备柴油-生物质油乳化燃料,并研究了乳化燃料所需乳化剂的最佳亲水亲油平衡（HLB）值以及乳化条件对乳化燃料稳定性的影响,测定了乳化燃料的密度、黏度、闭口闪点、烟点、凝点和总热值等理化性质。结果表明,柴油-生物质油乳化燃料乳化剂的最佳HLB值为5.5~6.2;当乳化温度为50℃~60℃、单位容积输入功为180J/mL~300J/mL时,乳化燃料的稳定性最好;乳化燃料的密度、黏度、闪点和烟点随生物质油比例的增加而增大,而凝点和总热值则随生物质油比例的增加而降低。     

全球新能源市场中的“香饽饽”

生物质成型燃料是将农林生物质原料(包括农作物各种残余物、林木枝叶及加工剩余物、草类、粪便等)进行加工,使其具有人们方便使用的形状、大小和密度。同其它形式的生物质能利用技术相比,生物质成型燃料技术因生产过程简单,其产品更容易直接使用。根据国际能源理事会预测,到2020年,在全球可再生能源中生物质能的比重接近60%,而生物质成型燃料则占生物质能利用的60%。目前,欧盟各国都建立了生物质成型燃料相应的行业标准、技术规范和产品标准,产业发展已经进入了成熟商业化的快速发展阶段。据统计,去年全球生物质成型燃料销售量达1.8亿吨,市场规模超过500亿欧元。在全球经济放缓的背景下,生物质成型燃料产业以年均18%的速度高速成长,已经成为全球新能源市场中的“香饽饽”。全球新能源市场中的“香饽饽”@高     

生物质能源的开发与利用

本文概述了生物质能源的特征以及发展生物质能源的意义,综述了国内外生物质能源开发与利用的现状,简介了中国石油天然气股份有限公司生物质能源的发展思路、部署及工作进展.中国石油天然气股份有限公司生物质能源发展策略重点放在发展生物柴油和燃料乙醇.本文结合公司生物质能源长期发展战略以及实际工作开展情况分别从生物柴油、燃料乙醇两个方面详细探讨了所面临的生物质能源化工关键技术的需求,并提出相关发展建议.     

由生物质合成高密度喷气燃料

高密度喷气燃料是为先进航空航天飞行器而合成的燃料,以生物质基原料制备高密度喷气燃料符合国家可持续发展战略并可拓展燃料来源。本文综述了近年来由生物质基原料制备高密度喷气燃料的研究进展,燃料种类包括链烷烃、带支链的单环烷烃以及多环烷烃,燃料合成原料包括环酮（醇）、呋喃醛（醇）、芳香族含氧化合物（苯酚、苯甲醚、愈创木酚）、蒎烯等生物质及其平台化合物。发动机的推进性能高度依赖于所用燃料的性能,其中,最重要的性能是密度和低温性能。本文总结了典型燃料的性能以讨论分子结构的影响,增加燃料分子中环的个数会增加燃料密度但是也会导致低温性能不期望的变化,引入支链可改善低温性能。同时讨论了烷基化、缩合、加成、加氢脱氧等燃料合成反应涉及的催化剂、反应机理及其调控等关键因素,最后对由生物质基原料合成高密度喷气燃料的发展趋势进行了展望。本文将有助于探索及发展高密度燃料合成的方法及工艺。     

生物质能源的开发与利用

本文概述了生物质能源的特征以及发展生物质能源的意义,综述了国内外生物质能源开发与利用的现状,简介了中国石油天然气股份有限公司生物质能源的发展思路、部署及工作进展.中国石油天然气股份有限公司生物质能源发展策略重点放在发展生物柴油和燃料乙醇.本文结合公司生物质能源长期发展战略以及实际工作开展情况分别从生物柴油、燃料乙醇两个方面详细探讨了所面临的生物质能源化工关键技术的需求,并提出相关发展建议.     

烘焙预处理对稻壳燃料品质及热解特性的调控机制研究

研究493–573 K惰性烘焙和有氧烘焙对稻壳元素构成、组分分布、芳香结构、孔隙结构、热解特性和反应动力学的影响规律。结果表明,烘焙温度对生物质燃料品质影响最为明显,氧化剂的加入可以增加生物质燃料品质对温度变化的敏感性。烘焙温度的升高促使生物质中含氧结构逐渐解离,当烘焙条件为573 K的烟气气氛时,样品的H/C和O/C比明显降低(0.188和0.259)。多种氧化剂能够协同调控生物质的官能团结构、活性芳香结构和孔隙结构,温度的升高促使稻壳中羟基减少、活性芳香结构占比逐渐降低和轻质挥发分的解离,在573 K烟气烘焙后活性结构占比达到最小值1.79、比表面积达到最大值295.78 m²/g。稻壳的热解动力学参数可以通过Coats-Redfern近似函数求解,烘焙可以有效提高生物质发生热解的温度和活化能(14.84→28.82 kJ/mol)。相较于惰性气氛和贫氧气氛,烟气气氛能够更加节能、高效地提高生物质的燃料品质和存储稳定性。     

生物质气化再燃特性实验研究

生物质能是指利用自然界的植物、粪便以及城乡有机废物转化成的能源。生物质能是唯一的碳基可再生能源，燃用生物质燃料可以实现CO2净排放为零。生物质能的再利用十分有效，可以发电，可以合成新的化学物，还可以减少NOx、SOx及颗粒物排放。因此，生物质能是解决化石能源短缺和污染问题的主要可再生能源。     

生物质利用新途径:多元醇催化合成可再生燃料和化学品

日益严重的全球性能源和环境问题促使开发利用可再生的生物质资源成为当前研究的一个热点。本文概述了生物质基多元醇合成燃料和化学品来实现生物质转化利用的一些最新进展,特别是集中介绍了甘油和山梨醇等多元醇催化水相重整合成氢气和液体烃等燃料、催化选择氢解和氧化合成高附加值化学品或化学中间体等方面的进展,分析了存在的问题和可能的解决措施以及今后的发展趋势,指出生物质基多元醇将成为今后合成可再生燃料和化学品的新型平台分子。     

煤在不同O2/CO2气氛下燃烧硫析出特性研究

研究了煤在不同氧体积分数、混有CO2气氛下燃烧硫析出特性，结果表明，煤在低氧、混有CO2气氛下燃烧，SO2和H2S析出速率曲线均呈现双峰结构，H2S析出率明显增大，硫析出时间延长；在高氧气氛下，SO2和H2S析出速率曲线均呈现单峰结构，硫析出时间缩短。煤在低氧体积分数、混有CO2气氛下燃烧能够改善煤灰自固硫能力，降低硫的最终析出率；煤在高氧体积分数、混有少量CO2气氛下燃烧与空气气氛下燃烧相比，硫的最终析出率无明显变化。     

污泥与煤和煤矸石共燃特性研究

利用STA 409 PC型同步热分析仪,对煤、煤矸石和污泥不同质量比样品的燃烧过程进行了热重分析。结果表明,单一煤和煤矸石的DTG曲线都只有一个明显的失重峰,污泥的DTG曲线有两个明显的失重峰,而混合物的DTG曲线都有两个失重峰。通过分析不同样品的混燃过程,发现随着煤所占质量比的增加,最大失重峰速率所对应的温度都有所降低。煤、煤矸石、污泥及其混合物的活化能为16.93kJ/mol～109.89kJ/mol。随着污泥所占质量比的增加,混合物的着火温度有所降低,当达到70%时,污泥与煤混合物的着火点接近单一污泥的着火点。     

煤液化残渣与褐煤混煤燃烧特性的实验研究

煤液化是提高煤炭资源利用率、减轻燃煤污染的有效途径[1].在煤液化工艺过程中,煤液化残渣的主体是由液化原料煤中未转化的煤有机体、无机矿物质以及外加的液化催化剂组成,是一种高炭、高灰和高硫的物质,在某些工艺中会占到液化原煤总量的30%左右,如此多的残渣量对液化过程的热效率和经济性所产生的影响是不可低估的[2].     

Thermochemical and Toxic Element Behavior during Co-Combustion of Coal and Municipal Sludge

The thermochemical and kinetic behavior of co-combustion of coal, municipal sludge (MS) and their blends at different ratios were investigated by thermogravimetric analysis. Simulation experiments were performed in a vacuum tube furnace to determine the conversion behavior of toxic elements. The results show that the combustion processes of the blends of coal and municipal sludge are divided into three stages and the combustion curves of the blends are located between those of individual coal and municipal sludge samples. The DTG_max of the sample with 10% sludge addition reaches a maximum at the heating rate of 20 °C/min, indicating that the combustion characteristics of coal can be improved during co-combustion. Strong interactions were observed between coal and municipal sludge during the co-combustion. The volatilization rates of toxic elements decrease with an increasing proportion of sludge in the blends during co-combustion, which indicates that the co-combustion of coal and sludge can effectively reduce the volatilization rate of toxic elements. The study reflects the potential of municipal sludge as a blended fuel and the environmental effects of co-combustion of coal and municipal sludge.     

不同灰化温度下生物质混煤灰的烧结特性研究

选取晋城无烟煤和麦秆作为研究对象,利用压差法烧结温度测定装置测量不同灰化温度下煤和麦秆混合灰的烧结温度,再利用SEM-EDS以及XRD对灰样进行烧结特性分析。结果表明,不论灰化温度高低,随着麦秆的添加,煤和麦秆混合灰的烧结温度都呈现降低趋势,其降低幅度略有差别。灰化温度较低时,煤和麦秆混合灰的烧结温度低于灰化温度较高情况下混合灰的烧结温度。SEM-EDS分析表明,低温灰化得到的样品中出现较多不规则的纤维结构;较高温度下获得的灰样中出现较多致密的球状颗粒,这表明矿物质发生熔融形成球状颗粒。XRD分析表明,低温灰化烧结后的煤和麦秆混合灰样中因含有较多的含钾等碱金属系助融矿物质,导致混合灰样的烧结温度降低。然而,像钙长石等含钙矿物质本身具有较高的熔点,因此,在1 100℃时混合灰样具有较高的烧结温度。     

煤燃烧过程中SO2,NO的逸出规律研究

研究了脱灰煤、负载ＦｅＣｌ３煤及几种没变质程度的原煤在程序升温燃烧过程中ＳＯ２、ＮＯ的逸出规律，结果表明：ＦｅＣｌ３对煤中某些有机硫的逸出有抑制作用，同时使ＮＯ的逸出总量大大降低；不同曙速率对ＳＯ２、ＮＯ的逸出峰型基本没有影响，但低的升温速度线下ＳＯ２、ＮＯ能够在较低的温度下逸出。     

预测混合煤燃烧性能的数学模型

用热重分析法研究了单种煤的DTG和TG曲线特征，建立了预测混合煤燃烧性能的数学模型。结果表明，各单种煤的DTG曲线呈单峰，峰值温度tmax与其燃料比F的对数呈线性相关关系，tmax=68.86 ln（F）+512.2 （℃）。由组成混合煤的单种煤的燃料比F可推断出混合煤的DTG曲线特征，从而预测混合煤的燃烧性能。如果混合煤的煤质指标满足标准煤的煤质指标要求，则当Fmax/Fmin≤3.20时，混合煤的燃烧性能好；当3.205.71时，混合煤的燃烧性能较差。     

生物质混煤燃烧过程中钾的迁移转化规律

通过将稻秆和褐煤混燃，研究了燃烧温度以及生物质掺混比例对于混燃过程中K的释放、灰样中K的赋存形式以及矿物质变化的影响。研究表明，燃烧温度对于混合燃料中K的释放影响显著。在600-750℃时，随着温度升高，水溶性K和醋酸铵溶性K大量释放到气相，使得K的释放速率较快；而当温度在750-850℃时，水溶性K和醋酸铵溶性K开始大量地转化为其他形式的K而被固定在灰样中，使得K的释放速率变得缓慢；当温度高于850℃时，随着温度升高，盐酸溶性K的分解导致K释放速率重新增大。通过XRD分析发现，灰样中水溶性K主要以KCl的形式存在，K₂SO₄的生成同时受到原料中K的含量和S/Cl比值两个因素的共同影响，原料中K的含量越高，且S/Cl比值越大，越会促进K₂SO₄的生成。同时也发现生物质和煤混燃时存在协同作用，煤中Al、Si等元素会和生物质中的K反应生成碱性硅铝酸盐，从而导致更多K留在灰烬中。     

大同烟煤增压富氧燃烧过程中硫、氯和氟的析出特性

利用高压热重结合傅里叶红外研究了大同烟煤在增压富氧燃烧过程中硫、氯和氟的释放行为,主要考察压力对其析出特性的影响。实验结果表明,压力的改变对煤中硫、氯和氟的迁移转化均有显著影响。随着压力的升高,黄铁矿硫向COS等中间产物的转化率逐渐增加,导致SO2的收率逐步上升,但在3 MPa时,燃煤SO2收率却有所降低。此外,压力升高后反应气氛中CO分压的增加促进了COS的生成,导致其收率逐渐上升。因为煤中有机氯析出和转化与挥发分的释放密切相关,所以高压下挥发分释放量的增加使得煤中有更多的有机氯析出并转化为HCl,而且压力升高后,挥发分燃烧速率和温度的升高促进了无机氟化物分解,HF生成量相应增加。此外,高压下水解反应的强化也提高了HF的收率。     

Experimental study on interaction and kinetic characteristics during combustion of blended coals

The combustion behaviors and kinetic parameters of three parent coals (A1, A2, and A3) and their blends (A1/A2 and A2/A3) have been evaluated under oxidizing atmosphere (O₂ and N₂ mixtures), using a non-isothermal thermo-gravimetric analyzer. The aim of this study is to investigate the interaction between the blended components during the process of co-combustion, and the effects of blending ratio and oxygen concentration (10, 15, and 21%) on combustion performance of blended coals. When high reactivity and low reactivity coals are co-combusted, double peaks are observed in the DTG curves, and significant interaction occurs in the temperature range between the two peaks (T _p1 and T _p2). The activation energies obtained by Coats–Redfern method indicate that the activation energies of blended coals are lower than that of parent coals. The combustibility index S is used to evaluate the combustion performance of blended coals, and the results show the non-additive effects of the combustion characteristics of blended coals. The increased oxygen concentration results in a significant improvement of combustion performance of blended coals. In addition, as the blending ratio of high reactivity coal is increased, the oxygen can greatly enhance the combustion stability of blended coals.