生物质裂解旋转锥式热解液化反应器的设计研究

近年来科技界对生物质快速转化生物燃油技术进行了大量的研究,并且取得了很大的成就,本文就该技术中的关键设备锥式热解液化反应器的动力学问题进行了详细的分析,建立了力学模型,并且得出热载体和生物质混合颗粒的运动方程,利用该结论可以进一步对旋转锥体进行优化设计.     

生物质热解前景研究

生物质是自然界最重要的可再生资源,配以适当的催化剂使其热解,可获得品位更高的燃料气和燃料液体,从而提高生物质中能源的利用价值.这种方法相对于传统的直接燃烧生物质作燃料而言,经济价值高,热效率高,并且对环境污染小,运用这种方法对合理开发和利用资源起着重大作用.     

生物质热解特性的热重分析

用热重分析法对木屑（柳桉，水彬）和造纸厂污泥的热解行为及其动力学规律进行了研究。分析了3种样品在不同升温速率（10－30℃/min)和不同粒径（0.09-0.25mm)下的实验结果，发现样样品的非等温失重过程由脱水，保持，剧烈失重和缓慢失重4个阶段组成。当粒径小于0.25mm时，对热解过程影响不大。在实验的基础上，提出用来表征热解难易程度的热解特性指数P。用改进的Freeman-Carroll方法计算出样品的热解动力学参数，并根据实验结果和动力学（参数）补偿效应，建立起柳桉和水杉在不同升温速率下的动力学参数的预防方程。     

4种农林生物质的热解特性及动力学研究

为优化生物质热解工艺,研究了4种农林生物质的热解特性及其动力学参数的分布规律。利用热重分析仪对4种生物质的热解失重行为进行了试验研究,采用热解特性指数P对生物质的热解特性进行了综合评价,使用CoatsRedfern方法对生物质的热解过程进行了动力学分析。研究结果表明：生物质的热解反应可分为干燥预热、快速失重和缓慢失重3个阶段;各生物质在主热解区低温段所需热解活化能要高于高温段;活化能和频率因子均随升温速率增大而增大;采用n-2级动力学模型能较好地表述整个主热解区的反应过程;采用15K／min的升温速率和500℃的热解终温可提高热解反应速率,降低能耗。     

几种典型农作物生物质的热解及动力学特性

利用热重法研究了4种典型的农作物生物质(稻壳、稻草、玉米芯、玉米杆)的热解与动力学特性,并和煤矸石、污泥进行了比较分析.结果表明,其热解过程可以分为3个阶段:预热干燥阶段、挥发分析出阶段和炭化阶段.热解失重主要发生在挥发分析出阶段.由于实验样品农作物生物质的高挥发分、低固定碳,其热解比较彻底,综合热解特性指数依次为稻壳<玉米杆<稻草<玉米芯;同时,在热解前期,挥发分剧烈析出,有明显的失重峰且活化能较低,热解后期失重峰不明显,活化能变高.而对于煤矸石,在热解初期,由于灰分在一定程度上阻碍了挥发分的扩散,使挥发分不易析出,并在热解后期存在二次反应.污泥的热解特性与生物质相似.4种物质除稻壳和玉米芯的热解第1阶段遵循相界面R2模型,其余各生物质和各阶段均遵循一级反应模型;而煤矸石在热解初始阶段服从三维球对称扩散机制,热解后期服从级数为3/2的热解反应,污泥服从简单反应级数机理.     

生物质热解液化装置研制与试验研究

介绍了一种电热式快速流化床生物质热解液化装置的研制，该装置的技术关键是采用两级螺旋进料和大流量喷雾直接冷凝收集生物油。试验结果表明，该装置完全可以用于各种固体生物质的热解液化，而且无论何种生物质都存在最佳热解温度。木屑、稻壳、玉米秆和棉花秆4种原料在最佳热解条件下的生物油质量产率分别为63%，53%，57%和56%，热值均为17～18MJ/kg。通过试验研究还发现，生物油是一种复杂的含氧有机化合物和水组成的混合物，包含了几乎所有化学类别的有机物；减少原料携带的外在水可有效降低生物油中的水分；储藏时间达半年的生物油仍然可以直接燃烧。     

生物质热解过程中氮元素迁移规律研究进展

 生物质在热解过程中会产生含氮化合物,进而转化为NO_x,严重危害环境安全。因此,解析生物质热解过程中氮的释放特性,寻求有效调控手段,以减少NOx排放量、消除环境污染是生物质能源清洁利用研究的重要内容。本文首先总结分析不同生物质中氮的含量及在生物质不同部位的分布情况,并对生物质中氮赋存形态的研究方法、结论及存在的问题进行讨论;继而,重点综述生物质热解过程中氮的释放特性和影响因素,梳理生物质热解过程中氮的释放路径,讨论温度、升温速率、原料中氮的赋存形态及含量等因素对氮元素迁移的影响规律;最后,对热解过程中氮在产物中的分配机制进行总结分析,并对生物质热解清洁转化研究进行展望。     

聚苯乙烯泡沫塑料与生物质共热解动力学

利用热重法研究聚苯乙烯泡沫塑料(EPS)与甘蔗渣、花生壳、玉米芯等生物质共热解过程,考察生物质和EPS共热解的相互作用,并根据热重曲线获得动力学参数建立动力学模型.热重分析结果表明:EPS分别与甘蔗渣、玉米芯共热解时有明显的协同作用,而与花生壳共热解协同作用不明显.动力学分析表明:可以用一级反应模型很好地拟合所得实验数据;EPS单独热解时可以用1个一级反应模型描述,生物质单独热解时可用3个连续一级反应模型描述,而EPS与生物质共热解则可用4个连续一级反应模型来描述.     

生物质快速热解制备生物油

大规模生物质快速热解制取生物油将成为解决液体燃料短缺的一个重要途径。总结了热解所需的原料预处理要求,介绍了各种热解反应器目前的应用状况,重点介绍了利用热解副产物(焦炭和燃气)实现自热式热解液化的工艺技术及其关键问题,并结合3种比较成熟的热解反应器介绍了最佳的自热式热解工艺,随后阐述了热解产物中的固体颗粒分离以及生物油冷凝的工艺,阐述了生物油生产、存储和运输过程中的环境、安全和健康问题。     

植物类生物质热解特性及动力学研究

使用美国TA公司的Q50热重分析仪对5种植物类木材生物质进行了热解的动力学研究，样品粒径为0．075-0．100mm．分别调查3种不同升温速率下热解温度对热解过程的影响，通过对热重分析（TG）、差分热重分析（DTG）曲线的分析，建立了相应的反应动力学模型，得到了不同木材的动力学方程中的表观活化能和频率因子，为热解过程的工业化设计提供了基础数据．     

适用生物质及煤热解CFD模拟的DAEM近似计算方法

生物质以及煤粒的复杂热解反应可用分布活化能模型(DAEM)模拟,但将此模型直接应用于计算流体力学(CFD)模拟计算量极大,因为在每个时间步中对每个计算网格都要计算多重积分。因此,本文提出了DAEM的近似计算方法以使其能够合并在CFD程序的计算中。简化后的模型能够较精确预测热解产物产率和生成速率;此外,改进后的模型的计算量大大减少,可适用于较宽泛的加热环境下,且模型预测结果与生物质或煤粒热解实验得到的结果能够很好的吻合。     

生物质热解释氢的实验研究

以密封的管式炉为反应器,以稻壳粉为原料,通过自动控制系统控制热解反应参数,对生物质热解的3种产物(气体、焦油和木炭)单独收集并进行了分析.结果表明,产气中氢气的百分含量随着热解温度的提高明显增加,热解反应在未完成之前,增加反应时间有利于提高氢的百分含量.发现在水蒸气和生物质比率(S/B)小于0.37时,氢的百分含量随S/B的增大而增加,S/B大于0.37后,氢气的百分含量有缓慢变小的趋势.     

生物质快速热解液化的实验

在集成的生物质热解液化系统装置上,进行了生物质快速热解制取液体燃料的实验.以几种代表性生物质为原料,研究了热解温度、生物质种类、运行操作条件等对热解液化率的影响.试验结果表明,在现有系统装置上,生物质最高液化率可达51.7%,不同操作条件对最终热解液化率有显著的影响.     

生物油热解条件对生物沥青性能影响的研究

生物质作为一种可再生资源在全球范围内储量丰富,但长期以来利用率较低。通过简单的热裂解技术制备了生物油,并考察了不同裂解条件下产物成分的变化。此外对制得的生物沥青的物理性能进行测试,结果表明生物质在600℃下快速裂解1 s,生物沥青的针入度可达到7 mm,延度36 cm,浸水稳定度4.1 kN,冻融劈裂强度0.025 MPa,软化点下降到40℃。以上结果表明提高热裂解温度和延长裂解时间有助于改善产物的物理性能。     

在管式炉中生物质热解的机理

介绍了在管式热解炉中生物质的热解过程．以稻壳为原料，探索生物质在管式热解炉中的反应特性．三种产物(气体、焦油和木炭)单独收集并进行了分析．研究分析了反应温度对热解产物的影响，发现产气中氢气的百分含量随着热解温度的提高明显增加，二氧化碳的百分含量则随着温度的提高而减少．     

生物质微波热解制气研究进展

生物质微波热解具有反应速率快、易于控制、安全无污染等优点,但在制气方面存在产率不高、热值较低等问题,严重制约了生物质能的全面与高效利用.简述了微波热解原理,梳理了微波辅助热解技术在提升产气产率及热值、高效脱除焦油、抑制污染物生成和降低系统能耗4个方面的国内外最新研究现状,评述了当前实验用焦油模型化合物存在的局限性以及焦...     

生物质催化热解技术研究进展

本文从生物质催化热解催化剂及常用反应器类型两个方面,综述了生物质催化热解技术的研究进展。目前此项技术仍处于实验室阶段,经催化热解提质后生物油品的成分仍非常复杂,产物难分离,无法高值化利用。制备复合型催化剂和进行反应器的放大与设计等是今后该领域的研究重点。     

生物质的流化床热解实验研究

用小型流化床实验台对4种农林生物质废弃物进行热解实验研究．研究发现：对所研究的生物质试样,热解温度低于500℃时,液态产物产率随着温度增加而增加．在500～600℃之间液态产物产率达到最大．当热解温度超过600℃时,液态产物产率随着温度增加而减少,气体产物产率增加,半焦产率下降．对于所研究的生物质,松木屑和甘蔗渣的半焦产率远远低于花生壳和谷壳的半焦产率．这可能是由于松木屑和甘蔗渣灰含量低于后两种生物质;另一方面也可能是由于松木屑和甘蔗渣中的无机物质（Na和K）的含量较多的缘故．     

生物质热解过程中焦油形成机理的研究

以组成生物质的纤维素和木质素为研究对象,考查了焦油的成分随温度的变化关系,并对焦油的形成机理进行探讨.实验结果发现:纤维素在热解过程中收集到的焦油组成主要以酸、醛、酮、酚为主,且随温度的增加,焦油组成中的酸、醛、酮、酚组份发生二次热裂解向苯、萘等芳香化程度增加的过程转化,而木质素在热解过程中收集到的焦油组成主要以苯、甲苯以及多环芳烃为主,且随温度增加,甲苯进一步向苯及多环芳烃进行转化.     

生物质三组分热解反应及动力学的比较

采用热重分析法考察了生物质中三种主要成分纤维素、半纤维素和木质素的热解反应行为,以Coats-Redfern积分法对实验数据进行动力学解析,建立了该三组分热解反应的动力学模型。结果表明,分子结构上的不同使得该三组分的热解特性存在明显差异;在所考察的温区内纤维素的失重量约为86%,半纤维素模型化合物木聚糖的失重量为69%左右,而木质素的失重量仅为51%;热解反应深度按照纤维素、木聚糖和木质素的顺序依次降低;木质素和木聚糖的热解反应均可以用两个分段二级动力学方程来描述,但纤维素在低温区和高温区分别遵循一级和二级动力学规律。