生物质组分在催化快速热解中的相互影响

对纤维素、半纤维素、木质素及3者不同配比的自配生物质样品进行了热重分析与热解-气象色谱-质谱试验。分析了这3种生物质组分与ZSM-5分子筛进行催化热解反应时的相互影响。结果表明尽管纤维素、半纤维素、木质素初级热解产物不同,但在与ZSM-5分子筛催化热解时最终产物基本一致,主要是芳烃类化合物。然而,木质素组分在催化剂表面形成大量积炭并导致催化剂失活。因此木质素组分会影响纤维素与半纤维素组分在催化热解中的转化,导致生物质的整体转化效率下降,并且抑制作用随木质素含量的提高和反应时间的延长而增强。研究结果表明需要对木质素含量较高的生物质进行预处理,选择性去除木质素,提高生物质整体转化效率,降低催化剂失活。     

木质纤维素生物质精炼技术研究

正随着世界范围内化石能源的日益枯竭,开发与利用可再生能源成为当务之急.生物质能是唯一能够获得液体、气体和固体燃料的可再生能源,发展和利用生物质能对人类社会的可持续发展意义重大.木质纤维素是地球上最丰富、最廉价的可再生资源.有资料表明:全世界每年植物体的生成量高达1.55×10~(11)t干物质,其中纤维素、半纤维素的总量约为8.5×10~(10)t.我国是一个农业大国,若能把大量的农林纤维原     

纤维素类生物质热解技术研究进展

生物质是地球上存在的最丰富的可再生资源,通过热解技术实现生物质高值转化是一种前途乐观的工艺.热解是在完全无氧或有限供氧条件下,极少发生气化反应的情况下进行的降解反应.热解的主要产物有生物油、焦炭和气体.通过热解技术可以实现把低能量密度的生物质转化为高能量密度的液、固、气产品,同时还能从生物油中提取多种化学品.主要综述了纤维素类生物质热解的一般原理,热解反应器及其工艺参数,热解产物组成及其特性等.     

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。     

生物质快速热解液化技术

介绍了一种等离子体加热生物质快速热解的方法,将生物质中的长分子链击碎,变成短分子结构而液化。选择玉米秸秆为快速热解对象,大量研究工作证明这种热解方法比较有效。在合理的颗粒度、供料量、热解温度和速度、终止冷却温度的情况下,玉米秸秆液化的收率达到50%左右。一种新型工业化的装置己根据实验结果研制成功。     

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.     

不同预处理生物质的热解及催化热解特性研究

以杨木屑为原料,采用去离子水对其进行洗涤预处理;在不同温度下,采用立式热解炉对0.5 mol/L盐酸和0.5 mol/L乙酸处理的样品进行催化热解,探究预处理和催化热解共同作用对热解产物的影响.结果表明:预处理前的产油率为43.75%,0.5 mol/L盐酸处理后的产油率为49.15%,0.5 mol/L乙酸处理后的产油率为48.23%.预处理后热解油中酸类、酮类、酚类等物质减少,糖类(特别是左旋葡聚糖)显著提高.在催化热解过程中,酸处理杨木屑在加入ZSM-5催化剂后产生更多的芳香烃,并显著减少酸类、酮类等含氧化合物.另外,随着催化温度的提高,酸处理样品的产油率逐渐减少,气体产率逐渐增加.研究结果为生物质的高效利用提供数据支持.     

不同生物质木质纤维素的成分分析和比较

以玉米秸秆、中药残渣、林业废弃枝桠、木耳菌袋以及柳枝稷5种不同种类的生物质为原料,测定其纤维素、半纤维素、木质素的含量,通过对分析方法的建立,可快速得到不同生物质原料主要组分含量,筛选出纤维素含量高、木质素含量低的物种.实验结果表明：纤维素按其含量大小排列分别为：柳枝稷、玉米秸秆、木耳菌袋、枝桠、中药残渣;半纤维素含量：柳枝稷、玉米秸秆、枝桠、中药残渣、木耳菌袋;木质素含量：柳枝稷、枝桠、木耳菌袋、中药残渣、玉米秸秆.     

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。     

生物质快速热解液化技术的研究进展

生物质快速热解液化技术的研究已经取得了较大进展,但是在工艺技术上仍然存在生物质转化不完全、生物质利用率不高,有些生物质原料热解获得的生物油组成复杂、热值较低、不能直接利用等问题;同时生物质快速热解液化技术理论研究滞后,制约了该技术水平的提高和发展.我国生物质快速热解液化技术的研究起步较晚,建议加大资助力度以缩小与欧美等发达国家的差距.     

基于TG-FTIR和Py-GC/MS的生物质三组分快速热解机理研究

利用热重红外联用仪(TG-FTIR)和快速热解-气相色谱/质谱联用仪(Py-GC/MS),对生物质三组分(纤维素、半纤维素和木质素)的热解失重规律、动力学和挥发分组分及其含量进行了对比研究。TG/DTG曲线表明,纤维素热解失重区间最窄,峰值处热解失重率最大;半纤维的最易发生降解,存在两个失重区间;而木质素热解过程最缓慢,热解温度范围最广。三维FTIR表明,纤维素热解主要产物为CO_2、醛类、酮类和酸类;半纤维素热解主要产物与纤维素一致,但是CO_2含量比其他几类组分高很多;木质素热解主要产物为CO_2和芳香烃类。Py-GC/MS分析表明,纤维素热解有机组分主要为呋喃类和脱水糖类,呋喃类产物在600℃时达到最大值43.34%,脱水糖类产物在500℃时达到最大值27.78%;半纤维素热解主要产物为酮类和呋喃类,两者含量随着热解温度增加呈逐渐下降趋势;木质素热解主要产物为酚类,总酚含量在热解温度500℃时达到最大值78%,其中愈创木酚型(G-型)酚的含量最高63.43%。     

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。     

木质生物质常压液化及催化裂解研究

以正辛醇为溶剂，在常压下对木粉生物质进行催化液化，液化产物经γ-氧化铝负载的Ru-Co-Mo催化剂进行常压催化裂解，得到生物燃料油。对液化产物及其后的催化裂解产物分析结果表明：常压下的木粉液化率可达90.31%；经过催化裂解后的液化油产率可达69.73%；正辛醇回收率达90%；所得到的液化产物具有很好的可燃性。     

废弃红砖粉催化生物质焦油热解的可行性

生物质热化学转化制备富氢燃气是生物质能源生产的一种有效途径,而焦油是该过程最主要的污染物,焦油的控制和转化是决定生物质燃气能否成功应用的关键.分析生物质焦油组成及危害,探讨消除方法,提出以废弃红砖粉作为基础催化剂,进一步负载活性金属,催化生物质焦油热解,分析催化热解的可行性.该方案既可有效去除焦油,又能产生高质量的富氢产气,可为进一步实现废弃生物质资源在环境、能源化工领域的应用奠定基础,推动生物质能及副产物的高效综合利用.     

高铝矾土及负载生物质灰典型组分对城市污泥催化热解制油的影响

利用固定床催化热解装置研究高铝矾土颗粒及负载生物质灰典型组分(KCl,Na2SO4和K2SO4)对城市污泥热解气催化裂解制油的影响,对产物产率进行统计并利用GC/MS分析热解油有机相的组分.实验结果显示,高铝矾土促进了热解气的二次裂解,使含氧有机物更容易发生脱羧、脱羰基反应生成脂肪烃,并进一步环化及芳构化产生更多的芳香族化合物.在催化剂作用下,热解油有机相的含氧化合物比例从15.77%减少到10.67%,芳香族化合物从19.01%增加到28.75%.对负载KCl的高铝矾土而言,提高催化温度及增加料层高度可以强化其催化作用.而KCl的负载对催化反应存在2种影响:在高温下易挥发形成碱性氧化物,中和部分高铝矾土表面的酸中心,抑制芳构化反应进行;钾离子与羧酸形成羧酸盐,更容易发生脱羰基反应,从而增加热解油中烃类含量.     

生物质快速热解制取液体燃料的技术经济分析

为考察生物油超临界乙醇提质方法的能源效率和经济性能,建立了生物质快速热解超临界乙醇提质制取液体燃料工艺流程及其仿真模型.在仿真计算的基础上,对液体燃料生产成本进行计算,将生物质快速热解超临界乙醇提质制取液体燃料与生物质热解催化加氢和纤维素制乙醇方法进行对比,并通过敏感性分析研究了不同因素对液体燃料生产成本的影响.结果表明:液体燃料生产成本为6 052元/t(216元/GJ),略高于生物质热解催化加氢工艺,但明显低于纤维素制乙醇工艺;对液体燃料生产成本影响最大的因素是生物油产率和乙醇价格,提高热解过程中生物油产率和减少提质过程中乙醇消耗均有利于提高系统经济性能.     

显微技术在木质纤维素生物质预处理 研究中的应用进展

木质纤维素生物质细胞壁中主要组分(纤维素、半纤维素和木质素)相互交织形成的网状结构是生物质转化过程中的天然抗降解屏障。有效的预处理能打破这种屏障,提高酶水解转化效率。显微技术包括显微镜技术和显微光谱技术,能够在多尺度下展现木质纤维素生物质在预处理中细胞壁微观结构变化和组分含量等信息。笔者介绍了原子力显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、显微拉曼光谱等显微技术在木质纤维素生物质预处理过程研究中的应用。利用显微镜技术可直接观察预处理中细胞壁表面结构的变化,并分析其对酶水解可能产生的影响; 利用显微光谱技术可原位分析预处理对细胞壁组分化学结构与超微结构的影响; 多种显微技术组合弥补了单一手段的不足,可获得木质纤维原料生物构造、组分含量及分布等方面更为详细的信息。     

生物质流化床快速热解多流体模拟的研究进展

多流体模型广泛用于生物质流化床快速热解过程的计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)模拟。本文总结了常用模型对模拟结果的影响规律:热解动力学模型影响模拟结果中热解产物的分布,所预测热解产物产率的准确性随着热解模型精确程度的增加而提高;气-固曳力模型不仅影响热解产物分布,并影响着生物质/炭颗粒的夹带行为,采用考虑介尺度结构的气-固曳力模型能获得与实验更加吻合的模拟结果;在多流体模拟中往往采用简化的颗粒内传热模型描述颗粒内的传热效应,但在不同报道中该模型对模拟结果的影响存在显著差异;颗粒缩径模型可预测反应器内生物质颗粒的粒径分布,主要影响生物质颗粒的流动行为。并结合团队的研究经历,对模型的选用及未来研究方向提出了观点和建议。     

生物质快速热解过程中产物的在线测定

利用U形反应器与FTIR联动方法对7种生物质在600 ℃快速热解1 min时的热解产物进行了在线测定,同时还进行了不同温度(400 ℃和800 ℃)和添加二氧化硅、硅藻土、石灰石等对热解产物影响的研究.结果显示,不同生物质的热解产物有明显差别,但主要产物为CO,CO2,CH4,CH3CH ∶ CH2,CH3COCH3等;温度是影响生物质有机质分解产物组成的重要因素,低温(400 ℃)产物中的CO含量明显偏低,而醛类、酮类、酯类等含量随着温度升高而下降;不同添加剂对生物质热解产物的影响不同,硅藻土的催化效果要优于其他2种.实验结果也表明了这一系统对测定生物质快速热解过程中产物组成的有效性.     

Fe-Mg-Co催化生物质热解实验特性研究——以烟杆热解为例

探究了温度和催化剂Fe、Mg、Co以及不同催化剂添加比对烟杆热解制氢影响,找出最佳反应条件.结果表明,温度的升高有利于气体产率和热解转化率的提高,700℃时转化率最高.随着负载Fe量的增加,气体产率逐渐增加,当添加量为w=15%时,转化率达83.19%.Mg催化剂能促进氢气的生成.对于复合催化剂,Fe-Mg催化剂体系使气体产率增加,且H₂的体积产量在催化剂配比为15%Fe+0.8%Mg(质量分数,下同)时达到最大,为113.48 mL/g.在15%Fe+0.8%Mg催化体系上继续负载Co催化剂,随着Co负载量的增加,催化热解总转化率增加,添加比为15%Fe+0.8%Mg+0.9%Co时,总转化率达到最大,为84.31%,氢气的体积含量降低,因此Co催化剂的负载对氢气的生成不利.