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》.     

能量色散X射线荧光光谱法快速测定固体生物质中砷的含量

<正>为实现“碳达峰、碳中和”目标,我国加快调整能源结构,大力发展绿色低碳新能源替代化石能源,生物质能作为可再生能源的重要组成部分,是一种取之不尽的可再生能源,也是唯一可以直接存储和运输的可再生能源。由于生物质生长过程中吸收的CO₂与其燃烧利用中排放的CO₂是相等的,在总量上实现了零排放,消除了产生温室效应的根源,是我国实现“双碳”目标的重要能源,因此生物质能得到我国政府的高度重视。     

生物质气化技术的研究进展

生物质能是一种可再生能源,它来源于生物体(如植物、动物、微生物等)通过光合作用将太阳能转化为化学能,并以有机物的形式储存。生物质能可以在适当的条件下被转化为热能、电能、生物燃料等,是一种重要的替代传统化石能源的可持续能源。生物质气化作为生物质的开发路径之一,是利用生物质生产合成气的有效方式。本文综述了生物质气化技术的研究,包括传统气化技术、共气化技术、化学链气化技术以及超临界气化技术等。介绍了每个气化技术的实验研究,阐述了各个气化技术的特点;详细介绍了化学链气化中载氧体与共气化中掺杂剂的使用。本文旨在探索使生物质气化效率达到最优的方案,并列举了目前存在的局限性,为进一步发展生物质气化技术以及生物质气化研究提供有益参考。     

面对人类社会可持续发展的能源选择

经济增长和人类的可持续发展,需要廉价、可靠和环境友好的能源供给和利用。然而目前使用的主要能源,包括天然气、石油、煤炭、核能和可再生能源,以及它们的主要利用方式,并不能完全满足这种要求,现有能源系统的变革,以提高效率、消除污染物排放、减少单位能量温室气体的释放,是实现可持续发展的第一关键步骤．要真正实现可持续发展,必须在不断研究与发展的基础上,首先进行能源资源和利用技术的创新变革,以可再生资源为能源的燃料电池和氢经济,是满足可持续发展要求的零排放的能源技术中．最恰当的结合,煤炭由于其储量丰富、便宜、安全和使用期长,在这种转型过程中扮演着关键角色：煤气化与燃料电池技术和未来二氧化碳（CO2）的分离与储存技术的结合,可以实现零排放。煤炭利用技术也将提高可再生能源,特别是生物质和废弃物,在可持续能源中的比例和重要性。     

光催化分解水制氢研究新进展

众所周知化石燃料储量有限,而经济的高速发展带来的能源的快速消耗最终会使这些有限的资源消耗殆尽.人们期望通过提高替代能源,包括生物质能、风能和太阳能在内的可再生能源在整个能源结构中的比例,缓解这种危机和压力.实际上,只要我们能够利用辐射到地球表面上太阳能的一小部分,就可以满足我们目前的能源消耗.用太阳能从水中制氢是最吸引人的一条太阳能利用与储存路线.我们的地球3/4的区域被水覆盖,其中蕴藏着丰富的氢源.氢能以其清洁、无污染、热值高且贮存和运输方便而被视为最理想的替代能源,同时氢气又是现代化学工业最基础的原料.1972…     

编者按

面对日益严重的能源与环境问题，为保障能源安全，保护生态环境，实现可持续性发展，我国和世界其它国家都十分重视可再生能源的开发和利用。国务院关于替代能源的发展思路是：以新能源替代传统能源，以优势能源替代稀缺能源，以可再生能源替代化石能源，逐步提高替代能源在能源结构中的比重。我国把车用燃料和替代石油产品作为发展重点，因而利用农林生物质发展燃料乙醇和生物柴油等可再生能源具有重要意义。2007年6月7日，国务院总理温家宝主持召开国务院常务会议，审议并原则通过了《可再生能源中长期发展规划》。规划中明确提出，发展可再生能源不得占用耕地，不得消耗大量粮食，不得破坏生态环境。因此，发展燃料乙醇、生物柴油产业必须主要以非粮农林生物质为原料，采用先进的清洁生产技术。     

从液态阳光人工光合成淀粉

人工光合成是利用太阳能等可再生能源通过连续催化反应将水和二氧化碳转化为液态燃料的过程,是减少二氧化碳排放、实现绿色低碳发展的一种重要方法.人工光合成的目标产物不仅包括二氧化碳转化与利用得到的能源小分子,还包括淀粉和蛋白质等生物基大分子.在自然光合作用中,高等植物、绿藻和蓝细菌首先利用太阳能将水氧化放出氧气并产生还原型辅...     

ZnZrOx固溶体催化剂表面羟基在CO2加氢制甲醇中的作用(英文)

CO₂大量排放导致的全球气候变化对人类社会的发展造成不利影响,控制CO₂排放是摆在全人类面前的一项紧迫任务.利用太阳能等可再生能源获得的绿氢将CO₂转化为以甲醇为代表的燃料和化学品,即太阳燃料合成,不仅能够实现CO₂的减排利用,而且能够将可再生能源储存于液体燃料,对缓解全球气候变化和能源危机具有重要的战略意义.CO₂加氢制甲醇是衔接当下化石能源时代和未来可再生能源时代的重要桥梁,亦是实现碳达峰、碳中和目标切实可行的路径之一.高效、稳定的CO₂加氢制甲醇催化剂是实现这条路径的关键因素.在众多催化剂中,以ZnZrO_x为代表的固溶体催化剂因具有高甲醇选择性、良好热稳定性、可抗硫中毒特性而备受关注.因此,设计和开发更高效的ZnZrO_x固溶体催化剂对于CO₂加氢制甲醇规模化应用尤为重要.本文分别利用蒸氨法和共沉淀法制得了相同组成的ZnZrO_x固溶体催化剂,并用于催化CO_...     

第十一届全国青年催化学术会议——（第一轮通知）

能源资源与技术是影响中国未来经济可持续发展、能源安全保障及和谐社会建设的基础．如何立足国内资源，提高能源利用效率，加大新能源与可再生能源开发力度，保障我国经济社会发展的能源需求成为青年科技工作者面临的最大挑战．催化技术事关能源资源转化与利用的方方面面，又是新能源与可再生能源开发的关键，     

增强制氢性能的ZnO@ZnS空心微球S型异质结光催化剂

随着近年来工业化进程的加速,能源消耗急剧增加,同时伴随着环境的恶化,开发可再生能源的需求日益迫切.氢能因具有高能量密度、零碳排放和可循环利用性而被认为是化石燃料最理想的替代者之一.当下几种制氢技术(如水电解法、丙烷脱氢法和石脑油热解法等)通常需要高温或高功耗,因此其大规模应用受到限制.半导体光催化分解水制氢技术可以将太...     

生物质在流化床中的空气-水蒸气气化研究

以流化床为反应器，对生物质的空气-水蒸气气化特性进行了研究。考察了一些主要参变量，如温度 (700 ℃～900 ℃)、水蒸气/生物质比(0～4.04)、空气当量比(0.19～0.27)以及生物质粒度(0.2 mm～0.9 mm)等对气化结果的影响。在实验研究的条件范围内，生物质产气率在1.43 m3/kg～2.57 m3/kg范围内变化，产气的低热值在6 741 kJ/m3～9 143 kJ/m3范围内变化。实验结果表明：较高的气化温度有利于氢的产生；但气化温度过高会使气体热值下降；与常规的空气气化相比，水蒸气的加入使生物质气化产气率显著提高，但水蒸气加入量过多使气化温度下降，产气率和产气热值降低；生物质颗粒粒度的大小对产气组分的分布和产气率均有影响，较小颗粒的生物质会产生较多的CH4、CO和较少的CO2。     

生物质流化床氧气-水蒸气气化实验研究

在小型流化床气化装置上进行了氧气-水蒸气气化实验,考察了原料、当量比、水蒸气配比、温度、二次风和床料对气化特性的影响。结果表明,原料中C和H含量越高,气化气中H₂和CO含量越高,焦油含量越低;当量比为0.27和水蒸气配比为0.6时,H₂含量达到最大值;温度的升高可提高H₂含量,在840 ℃以上,可提高CO含量;二次风从进料口偏上且二次风比率为15%通入,气体组分变化较明显,二次风通入点位置越高,焦油含量降低幅度越大;白云石和石灰石裂解焦油和提高H₂含量的活性高于橄榄石,但同时明显提高了气体中的灰分含量。     

煤炭解耦燃烧过程N迁移与转化Ⅲ:多组分气相化学反应实验

在理想平推流反应器中进行了模拟热解气对模拟烟气中NO、N₂O的还原实验研究,考察了反应温度、过剩空气系数,模拟热解气中CH₄、CO、H₂、NH₃入口浓度与模拟烟气中NO、N₂O入口浓度对NO、N₂O与总氮转化率的影响。结果表明,向NH₃添加可燃气体CO、H₂、CH₄可使NO还原窗口向低温方向移动150~200 K,该温度窗口为1 073~1 223 K;但NH₃-CO-H₂-CH₄-O₂体系对NO、N₂O的还原分解作用依赖于体系的O₂浓度,仅在富燃料情形(过剩空气系数λ为0.6)下可分别达60.6%、100%的NO、N₂O脱除率;在反应温度1 073~1 223 K及过剩空气系数λ为0.6条件下,较高的热解气CH₄、CO、H₂浓度可增加NO排放,但有利于还原N₂O;增加NH₃入口浓度可增加NO分解率。     

昭通褐煤的热解提质及其对气化反应性能的影响

为了对储量相对丰富的昭通褐煤进行合理有效的分级转化利用,采用固定床程序升温热解的方法研究了不同温度下煤的热解行为,借助GC-MS和拉曼光谱对所得焦油和煤焦进行了表征分析,并在850℃下对不同热解温度制得的煤焦进行了水蒸气等温气化特性评价。结果表明,热解温度为700℃时,热解气体有效组分(H_2、CO、CH_4)的累积物质的量占总释放量的70%,此温度下热解气低位热值增长速率最快(以500℃下热解气低位热值为基准计算,其值为90%);酚类化合物在500-700℃大量生成析出,而温度高于700℃时,酚类化合物的分解反应加剧。不同热解温度下所制煤焦的表观气化反应速率随热解温度的升高不断降低,气化产物中CO_2与CO的物质的量逐渐升高,700℃热解制得的煤焦在水蒸气气氛下气化所得合成气中有效组分H_2与CO的比率最高。     

生物质流化床气化焦油析出特性的研究

生物质气化中焦油的存在严重地影响了气化设备的正常运行。为了了解生物质流化床气化过程中焦油的析出和脱除特性,以花生壳、稻草以及木屑为原料,采用流化床气化反应系统,研究了气化温度(750℃～850℃)、空气当量系数(0.15～0.35)以及催化剂(白云石、橄榄石与菱镁矿)的添加等对气体产物中焦油的析出组成特性的影响,并采用色谱 质谱联用仪对焦油的主要成分进行了分析。实验结果表明,随着温度的升高,焦油的量快速降低;催化剂的添加也有类似的结果。这说明高温和催化剂有利于大分子焦油的催化裂解。     

天然铁矿石为氧载体的生物质化学链气化制合成气实验研究

在一个小型鼓泡流化床反应器上以Ar气为流化介质,对以天然铁矿石为氧载体的生物质化学链气化制合成气过程进行了研究。考察了反应温度对合成气组分、气体产率、碳转化率以及气化效率的影响,反应时间对合成气组分的影响;探讨了氧载体存在对生物质气化过程的影响。结果表明,天然铁矿石可以作为生物质化学链气化制合成气反应过程的氧载体,代替富氧空气或高温水蒸气作为生物质气化的气化剂;随着温度的升高,产物气体中CO、H₂的浓度逐渐增加,CO₂、CH₄浓度缓慢降低;随着反应时间的延长,合成气中H₂、CO、CH₄的相对浓度缓慢增加,而CO₂相对浓度逐渐降低;氧载体的存在能显著提高气体产率和碳的转化率及气化效率。扫描电镜-能谱(SEM-EDS)分析表明,当超过850 ℃时,铁矿石氧载体颗粒表面烧结现象明显,但反应前后,颗粒表面的成分及含量基本保持不变。     

两段式固定床富氧－水蒸气气化实验研究

以玉米芯颗粒为原料在两段式固定床气化装置上进行了气化实验,考察了当量比ER、富氧浓度OC和水蒸气配比S/B对气化温度、气化气组分、低位热值、气体产率、气化效率和碳转化率等参数的影响,并比较了两段式固定床与传统下吸式固定床的气化特性。实验结果表明,当量比为0.27时H₂的体积分数、CO的体积分数和气化效率达到最大值;增加富氧浓度能优化气化效果,但富氧浓度大于90%后,燃气质量和气化效率均提高不大;增加S/B能提高H₂的体积分数,但同时会降低CO的体积分数、气体热值、气化效率;当S/B为0.6时,氢气的体积分数达最高值33.3%,H₂/CO比为1.32;相比于传统固定床,两段式固定床气化可明显提高气化温度、氢气的体积分数、碳转化率和气化效率,降低焦油含量。     

Numerical Modelling of Wood Gasification in Thermal Plasma Reactor

Biomass gasification for synthesis gas production represents a promising source of energy based on plasma treatment of renewable fuel resources. Gasification/pyrolysis of crushed wood as a model substance of biomass has been experimentally carried out in the plasma-chemical reactor equipped with gas–water stabilized torch which offer advantage of low plasma mass-flow, high enthalpy and temperature making it possible to attain an optimal conversion ratio with respect to synthesis gas production in comparison with other types of plasma torches. To investigate this process of gasification in detail with possible impact on performance, a numerical model has been created using ANSYS FLUENT program package. The aim of the work presented is to create a parametric study of biomass gasification based on various diameters of wooden particles. Results for molar fractions of CO for three different particles diameters obtained by the modeling (0.55, 0.52 and 0.48) at the exit are relatively good approximation to the corresponding experimental value (0.60). The numerical results reveal that the efficiency of gasification and syngas production slightly decreases with increasing diameter of the particles. Computed temperature inhomogeneities in the volume of the reactor are strongest for the largest particle diameter and decrease with decreasing size of the particles.     

生物质气化重整合成二甲醚

以松木粉为原料，采用空气 水蒸气气化制备了富氢气化气，通过添加甲烷重整富氢气化气，调整了合成气化学当量比，在260 ℃、4 MPa、12 000 h－1条件下，对生物质合成气一步法合成二甲醚进行了实验研究。结果表明：引入甲烷重整，活化了富氢气化气中过量的CO2，甲烷的最佳加入量为CH4/CO2=1，生物质碳转化率达到70%以上，尾气中二甲醚选择性达到69.6%。     

生物质流化床富氧气化的实验研究

在常压流化床装置上进行了生物质在富氧条件下定向气化的实验研究。实验主要考察了氧的当量比和氧体积分数对气化气组成、碳转化率和气体热值的影响。当量比值是与温度紧密联系的一个量，本实验主要通过调节进料量来改变它的值，随着当量比的变化（0.21～0.29），燃气成分也会改变，其中变化最大的是H2、CO。H2体积分数显著增加，CO和CH4体积分数有降低的趋势，使燃气热值降低；氧体积分数是富氧气化过程中较重要的参数，在实验研究的范围内，发现增大氧气体积分数可以提高H2体积分数及有利于调节H2/CO(体积分数)的比值。当氧气体积分数从21％提高到45％，H2体积分数从20％增加到27.7％，H2/CO(体积分数)从0.38增加到0.75，比较接近合成液体燃料的气体比值。