Influence of torrefaction pretreatment on biomass gasification technology

Torrefaction is a slow pyrolysis process that is carried out in the relatively low temperature range of 220–300°C. The influence of torrefaction as a pretreatment on biomass gasification technology was investigated using a bench-scale torrefaction unit, a bench-scale laminar entrained-flow gasifier, and the analysis techniques TGA-FTIR and low temperature nitrogen adsorption. A series of experiments were performed to examine the characteristics of the torrefaction process, the properties of torrefaction products, and the effects of torrefaction on gas composition, cold gas efficiency and gasification efficiency. The results showed that during the torrefaction process the moisture content of biomass were reduced, and the wood fiber structure of the material was destroyed. This was beneficial to storage, transport and subsequent treatments of biomass in large scale. For solid products, torrefaction increased the energy density, decreased the oxygen/carbon ratio, and created a more complex pore structure. These improved the syngas quality and cold gas efficiency. Combustible gases accounted for about 50% of non-condensable gaseous torrefaction products. Effective use of the torrefaction gases can save energy and improve efficiency. Overall, biomass torrefaction technology has good application prospects in gasification processes.     

烘焙脱氧预处理对生物质秸秆燃料品质的影响

生物质原料氧含量高、亲水性强、能量密度低、研磨难度大等缺点限制了其高质化利用。以玉米秆为原料,采用小型烘焙脱氧预处理装置研究了烘焙温度对玉米秆燃料品质的影响。结果表明,适度的热处理能够破坏玉米秆的纤维结构,提高玉米秆的可磨性能,增强了玉米秆的疏水性。烘焙固体产物含氧官能团数量减少,氧含量大幅降低,碳含量和热值逐渐升高;烘焙后质量产率和能量产率均有所降低,但能量产率高于质量产率。     

含氧气氛下的稻杆低温烘焙研究

以稻杆为原料考察了不同温度和含氧量下生物质的低温烘焙过程,研究了有氧烘焙的机理。对含氧气氛下不同停留温度时的质量残留率和微分热重分析（DTG）曲线进行分析发现,停留温度对质量残留率影响较大,是烘焙过程的主导因素。对6个不同含氧量下的质量残留率和DTG曲线分析可知,氧气加快了反应的进行,且随着含氧量上升发生分解的组分有所增加。建立了6个含氧量下稻杆低温烘焙的动力学模型并计算了动力学参数,发现稻杆表观活化能在1.33 kJ/mol到2.01 kJ/mol之间,且氧浓度与活化能的线性拟合度较好。     

用TG-DTG-DSC研究生物质的燃烧特性

利用TG-DTG-DSC(热重-微分热重-差示扫描量热法)热分析联用技术,对生物质稻杆(DG)、麦杆(MG)和油菜杆(YCG)分别在10℃/min,20℃/min和40℃/min升温速率条件下的燃烧动力学特性进行了研究.考察了其着火温度、最大失重速率和燃尽温度等燃烧特征参数,计算了综合燃烧特性指数和燃烧动力学参数.结果表明:随着升温速率由10℃/min增加到40℃/min,其最大失重速率和最大失热量分别增加了3倍和1.5倍左右,综合燃烧特性指数增加了13～16倍,活化能在其不同燃烧区段相差5～30kJ/mol.     

生物乙醇生产及木质纤维素稀酸预处理的研究进展(英文)

作为一种汽油替代品,液体燃料因其可持续及环境友好的特点引起了人们的广泛兴趣.文中介绍了几种能够替代汽油的液体燃料:生物甲醇、生物乙醇和生物丁醇,指出生物乙醇最具潜力.对生产生物乙醇的原料进行了概述,指出由于政策性限制,使用淀粉或糖来生产乙醇受到制约,因此人们转向利用木质纤维原料来生产乙醇.在分析了各种木质纤维原料不同的预处理方法后,指出稀酸或稀酸与蒸汽爆破相结合的方法具有经济可行性,但稀酸预处理木质纤维易产生糠醛、羟甲基糠醛、木素小分子等发酵抑制物,因此在未来设计生物质转化液体燃料时要考虑减少这类物质的生成,降低其后续影响.     

农业生物质能资源分析与评价

综合分析和评价中国农业生物质能资源总量、用途及分布,结果表明中国具有丰富的农业生物质能资源,主要包括农作物秸秆、畜禽粪便等,发展潜力巨大,是今后发展的重点。如果利用后备土地资源,采取替代种植和提高单产等措施,燃料乙醇的发展潜力为2 000万tce。这为我国制定生物质能政策、规划提供一定的参考。     

生物质锅炉中CaO和HCl反应动力学

生物质直燃发电是生物质能利用的重要途径,但燃烧释放的较高浓度的HCl会对锅炉系统产生多方面的危害。该文使用热重分析方法,研究生物质燃烧中CaO和HCl反应动力学。实验结果表明:在600～800℃内,随着温度的升高,反应速率不断加快,本征反应为Arrhenius型,实验测得活化能为35.90kJ.mol-1,指前因子为5.246×10-3 m.s-1。温度超过850℃以后,随着温度升高反应速率常数反而降低,活化能和指前因子是温度的函数,反应有负活化能。在该文的实验条件下,CaO固氯本征化学反应对HCl为一级反应。     

New mass loss kinetic model for thermal decomposition of biomass

Based on non-isothermal experimental results for eight Chinese biomass species, a new kinetic model, named as the 損seudo bi-component separate-stage model (PBSM)? is developed in this note to describe the mass loss behavior of biomass thermal decomposition. This model gains an advantage over the commonly used 損seudo single-component overall model (PSOM)?and 損seudo multi-component overall model (PMOM)? By means of integral analysis it is indicated that the new model is suitable to describe the mass loss kinetics of wood and leaf samples under relatively low heating rates (e.g. 10℃/min, used in this work).     

Kinetics of petroleum coke/biomass blends during co-gasification

The co-gasification behavior and synergistic effect of petroleum coke, biomass, and their blends were studied by thermogravimetric analysis under CO₂ atmosphere at different heating rates. The isoconversional method was used to calculate the activation energy. The results showed that the gasification process occurred in two stages: pyrolysis and char gasification. A synergistic effect was observed in the char gasification stage. This effect was caused by alkali and alkaline earth metals in the biomass ash. Kinetics analysis showed that the activation energy in the pyrolysis stage was less than that in the char gasification stage. In the char gasification stage, the activation energy was 129.1–177.8 kJ/mol for petroleum coke, whereas it was 120.3–150.5 kJ/mol for biomass. We also observed that the activation energy calculated by the Flynn–Wall–Ozawa (FWO) method were larger than those calculated by the Kissinger–Akahira–Sunosen (KAS) method. When the conversion was 1.0, the activation energy was 106.2 kJ/mol when calculated by the KAS method, whereas it was 120.3 kJ/mol when calculated by the FWO method.     

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。     

AOPs对黄石市垃圾渗滤液的预处理研究

针对垃圾渗滤液可生化性较差、处理效果不理想的现实,采用单一和多种高级氧化技术复合的方法对黄石市西塞垃圾填埋场的渗滤液进行了预处理.结果发现,尽管单一微波法去除COD不理想,但处理后垃圾渗滤液的生物降解性得到了一定提高;复合方法中以光照-Fenton-微波法预处理效果最佳,在pH=3,FeSO4·7H2O固体的投加量为0.4%,光照并曝气1h,在微波炉中以900W辐照6min,H2O2/FeSO4·7H2O固体的质量比为3的条件下,光照-Fenton-微波法对COD的去除率高达61.8%,预处理效果令人满意.     

UBF复合式厌氧反应器处理焦油废水实验研究

在环境温度16～35℃条件下,流式污泥床—过滤器(UpflowBlanketFilter,UBF)复合式厌氧反应器对生物质气化发电焦油废水进行了厌氧预处理实验研究,对UBF反应器内悬浮态微生物相进行了分析。实验表明,UBF反应器经过274d达到稳定运行时,在HRT为66.9h,COD有机负荷为0.65～0.75kg/(m3·d)的条件下,COD平均去除率达到26%;反应器的处理效率较低,说明厌氧生物处理只能作为焦油废水的预处理手段,其后还需要其它工艺作后续处理才能达到生产回用要求。     

生物质焦与煤混合燃烧特性及动力学分析

利用热重分析天平,采用非等温燃烧的方法对生物质热解产物——生物质焦与两种无烟煤混合试样的燃烧特性及其反应动力学参数进行了实验研究,考察了不同配比的混合试样的着火温度、燃烧速率最大时温度、燃尽温度和最大燃烧速率等燃烧特征参数,求出了反应的动力学参数活化能Ea和指前因子A.结果表明:活化能和指前因子均随混煤中生物质焦比例的增加而降低,存在动力学补偿效应;煤中掺入生物质焦后,试样燃烧的第一阶段和第二阶段的活化能分别呈现出"U形"曲线和"阶梯形"曲线的规律,且对混合燃料热解过程的作用要优于对固定碳燃烧过程的作用;活化能的计算表明生物质焦的存在有助于改善煤的着火性能,对煤的燃烧有催化促进作用.     

微波预处理提取肉桂皮中肉桂醛的研究

先用微波对肉桂皮进行预处理，改变肉桂皮的组织结构，然后用热水提取肉桂皮中的肉桂醛，并与传统的提取方法进行比较。结果得到微波预处理提取法的最佳工艺条件是用重量1．2倍的75％乙醇水溶液湿润肉桂皮，然后用750W功率微波处理，处理时间为每增加5g桂皮，时间增加10s，最后加入50倍热水提取1h。微波预处理提取法的提取时间比传统方法缩短一半，肉桂醛的提取率提高20％。     

电极生物膜法应用于微污染源水预处理反硝化环节的试验研究

采用电极生物膜法对微污染源水进行脱氮预处理 .该法利用微电解水产生的H+ ,通过电场力吸引作用 ,在穿过阴极板上所挂生物膜的过程中 ,提高了其中的反硝化细菌所需供氢体的浓度 ,进而提高反硝化效率 .研究结果表明 :电极生物膜法相对于相同生物量的单纯生物膜法而言 ,有更高的反硝化效率 ,并能很好控制水中亚硝酸盐氮的生成 .     

超声与碱联合预处理剩余污泥中温两相厌氧消化(英文)

以长春西郊污水处理厂(A/O工艺)剩余活性污泥为研究对象,考察了超声与生石灰联合预处理对后续剩余污泥两相中温厌氧消化的影响。结果表明:联合预处理的剩余污泥经过厌氧消化后,平均VS去除率约为49.4%,污泥含水率从97.6%降低至93.8%。SEM分析表明两相反应器内污泥絮体被充分破坏。厌氧消化过程中在产酸相和产甲烷相内,NH4-N浓度均有提高,但是没有出现磷的显著释放。     

柳枝稷超高压爆破前处理研究

应用高压均质技术对柳枝稷（Panicum virgaturn）进行超高压爆破前处理。柳枝稷秸秆粉碎后用0．5％的NaOH加热处理,保持悬浮状态下通过高压均机进行100MPa爆破。结果表明,超高压爆破使柳枝稷颗粒悬浮液变为粘稠流体,粒度显著变小,超微结构由纤维状变为疏松的中空多孔状,木质素、灰分含量显著减少,碱消耗量显著增加,但对纤维素的结晶指数影响很小。处理后每克材料用4．7FPU的纤维素酶,5．3IU的木聚糖酶和0．4CBU的β-葡萄糖苷酶水解48h,酶解率97．6％,较未爆破对照提高21．1％。超高压爆破显著提高酶解率的主要原因是破坏了木质纤维的超微结构,增大了酶的作用面积,是一种有潜力的木质纤维材料前处理方法。     

纯棉织物电化学前处理技术探讨

采用不锈铜丝网阳极氧化并制备PbO2（二氧化铅）电极,电流密度在10mA·cm^-2时获得的较好的PbO2沉积情况。采用三电极体系研究了该不锈钢基PbO2电极应用于纯棉织物前处理工艺,发现该前处理工艺是可行的,可以有效缩短棉织物前处理加工时间,提高生产效率。正交试验得出棉织物前处理最佳工艺条件为无水硫酸钠0．1mol·L^-1,阳极电流密度80mA·cm^-2．氢氧化钠6g·L^-1,20℃处理45min。与传统的前处理工艺相比,电化学法处理后织物的白度稍低,但是断裂强力更高。     

水蒸气活化制备生物质活性炭的实验研究

以稻壳、花生壳和玉米芯为原料,采用物理活化法以水蒸气为活化剂制备得到活性炭.分析了水蒸气活化机理,并通过对活性炭得率高低、亚甲基蓝脱色效果强弱的比较,讨论了活化时间(t)、活化温度(T)和水蒸气流量(QH2O)对活性炭的炭活化得率(Cyield)和吸附性能的影响.实验结果表明:随着t的延长和T的升高,3种原料制得的Cyield不断降低,活性炭的吸附性能先升高后降低;随着QH2O的增加,Cyield先降低后升高,活性炭的吸附性能先升高后降低.通过比较,得出玉米芯是3种原料中最佳的制备活性炭的物质,其最佳工艺条件为T=800 ℃,t=90 min 和QH2O=15 mL/h,所制备的活性炭得率为26.18%,亚甲基蓝吸附值为150 mL/g,比表面积为924.48 m2/g,孔平均尺寸为2.4 nm.     

污泥消化前的预处理效果比较

比较了活性污泥采用碱处理、碱处理与超声处理（20kHz,150w）不同组合预处理的效果。在溶解效果实验中,采用碱预处理,溶解性COD与TCOD的比值可增大到30.1％,再接超声处理,该比值可增大到79.3％;如同时采用碱和超声处理,该比值达到75.9％。在后续BAP实验中,初始活性污泥中挥发性脂肪酸与TCOD的比值小于10％,采用碱预处理,该比值可增大到30％,再接超声处理,该比值可增大到59％;如同时采用碱和超声处理,该比值达到最大值80％。此外,同时采用碱和超声处理可大大缩短预处理时间。因此,将碱和超声同时用于预处理,能有效增加活性污泥中挥发性脂肪酸的产量、改善后续的消化过程。