内循环串行流化床生物质催化热解试验研究

在处理量为0.2 kg/h的新型内循环串行流化床(IIFB)上进行了生物质催化热解制油的试验研究.以木屑为原料、石英砂为热载体,研究了在没有催化剂条件下反应温度对热解产物分布的影响;以HZSM-5催化剂与石英砂混合物为床料进行了催化热解试验,并对热解产物和反应后的催化剂进行了表征分析.结果表明:反应温度为515℃时,液体产物的收率最高.HZSM-5催化剂的加入促进了气体以及焦炭的生成,使液体产物的收率降低,且催化剂体积分数越大,影响越显著.催化荆表面的积炭经燃烧反应后被除去,催化剂的稳定性得到改善.热解不可冷凝气体的主要成分为CO和CO2,随着热解温度的升高,CO2产量下降,CO和CH4的产量增加.经HZSM-5催化热解后,生物油中的酸、醛和酮类物质含量明显减少,而小分子的烃类与酚类物质含量明显增加,表明催化剂具有明显的脱氧效果.     

聚乙烯与过渡金属介入对木质素热解过程中表面官能团演变的影响

木质素（LG）含氧量高，化学结构复杂，难于资源化利用。共混剂和催化剂的介入，能够强化LG分解，有效提高其利用效率，但具体机制尚待进一步剖析。本文基于原位红外手段，考察低密度聚乙烯（PE）和过渡金属（Ni、Fe、Mn）的添加对造纸黑液LG表面官能团演变的影响。研究结果显示，LG在200℃左右从C—C连接键开始逐渐分解（波数在2044 cm^-1处），而含氧表面官能团在500℃以后才开始减少（波数在1040~1645 cm^-1和3450~3600 cm^-1处的—OH、C—O、C—O—C和C\stackrel{}{̿}O等）。PE的介入，在400℃左右即能开始促进LG含氧表面官能团的脱除，在500℃左右即能实现大部分含氧表面官能团的脱除。而Ni的添加，能够强化LG与PE之间的相互作用，使得LG中大部分含氧表面官能团在PE快速分解阶段（460℃左右）即脱除。另外，工艺参数，包括过渡金属种类、过渡金属浓度、LG与PE混合比例、升温速率等均对混合体系中LG和PE的相互作用存在不同程度的影响。本文从表面官能团变化的角度为LG的资源化利用提供了重要技术指导。     

聚合度对生物质多糖醇解影响研究

The preparation of liquid fuels and chemicals by alcoholysis of biomass has been widely concerned. However, there are some problems such as complex products, low selectivity and unclear reaction mechanism. In this work, the reaction characteristics of carbohydrates with different degrees of polymerization in ethanol solvent were studied. The results showed that with the increase of temperature, the conversion rate of glucose, sucrose and cellobiose increased as follow: glucose > sucrose > cellobiose > cellulose. At temperatures 160-200^oC, glucose mainly produced 5-hydroxymethylfurfural, while the main products of cellobiose and sucrose changed from levoglucosan to 5-hydroxymethylfurfural and from ethyl-α-ᴅ-glucopyranose to 5-hydroxymethylfurfural, respectively.     

面向高比例可再生能源消纳的电氢能源系统

氢作为一种优质的二次能源,在能源存储和利用中具备巨大的应用潜力,并有助于解决电力系统中可再生能源的消纳问题。为了进一步提升可再生能源在一次能源消费中的占比,文中提出一种以电和氢为能源载体的新型能源承载形式——电氢能源系统。文中论述了发展电氢能源系统的意义,然后给出电氢能源系统的结构框架,并从发（制）、储、输、配、用等方面评述相关研究基础与关键技术。最后,从经济性分析、系统集成和近期实施路径3个方面对电氢能源系统进行展望。     

生物质模化物催化热解制取烯烃和芳香烃

采用愈创木酚作为生物质模型化合物,以ZSM-5为催化剂,在固定床反应器中研究了反应温度、质量空速以及分压对热解产物产率、选择性的影响,并考察了催化剂的积炭情况。结果表明,愈创木酚催化热解的主要产物为酚类,其次是芳香烃。温度对产物分布有显著影响。催化剂适量的积炭有利于提高烯烃和芳香烃的产率。根据愈创木酚催化热解反应产物分布,推测其主要反应为脱除甲氧基形成酚类,进一步芳构化形成芳香烃。本文研究结果为研究生物质催化热解反应机理提供了理论依据。     

焦炭体系下二氧化碳重整甲烷制取合成气

利用连续流动固定床反应器,研究了不同煤种制得的焦炭及反应器的操作参数对CH4和CO2转化率的影响,并用比表面孔径测定仪和扫描电镜对反应前后焦炭进行表征.研究结果表明:采用的几种样品中,灰分含量最低的铜川煤焦催化活性最好;但是在不同焦炭上反应气转化行为相似,初始转化率比较高,30 min后降低至一个相对平稳的阶段;较低的反应气流速和较高的反应温度有利于反应气的转化;焦炭粒径在0.53 mm以下适合进行动力学研究;反应后焦炭比表面积有所降低,反应过程中部分焦炭发生了气化.     

炭体系下二氧化碳重整甲烷三维数值模拟

炭催化CO2重整CH4.制合成气是实现煤炭资源的多联产和洁净化利两相流第二相体积份额大小影响的欧拉双流体模型的基础上,结合多个异相催化反应动力学模型,建立了包含传热、传质、化学反应在内的炭体系下二氧化碳重整甲烷反应器三维数学模型.利用该模型对 12 mm实验室反应器进行了三维数值模拟,得到了重整反应器内气体浓度分布、速度分布、以及产物中H2/CO摩尔比等重要参数.数值模拟结果与试验结果基本吻合.对指导重整反应器的放大和工业应用具有指导意义.     

焦炭体系下添加剂对CO2重整CH4特性的影响

利用固定床试验装置,以SiO2、MgO和CaO为添加剂,在焦炭体系下进行了CO2重整CH4活性的试验研究,并分析了反应温度和CaO含量对重整反应的影响.利用热重分析仪和扫描电镜分别对重整过程中焦炭失重和反应后焦炭微观形貌进行研究,探讨了反应机理.结果表明:加入SiO2后,制得的焦炭催化活性降低,加入CaO和MgO后,制得的焦炭催化活性提高,且CaO优于MgO;温度对重整反应影响显著,随着温度升高,反应气转化率增加;CaO添加剂含量控制在15%~20%之间对反应速率的提高较合适,且CaO的添加使焦炭失重速率也有所提高.     

富Ca香菇菌渣基生物炭对含磷废水处理性能的研究

为了寻求食用菌菌渣合理的资源化利用途径和开发绿色、高效的除磷吸附剂，以香菇菌渣(mushroom residue， MR)为原料，将其在800、900和1000℃下碳化制备生物炭后用于含磷废水的处理(MR-800C、MR-900C和MR-1000C)。理化特性分析显示，该生物炭富含K、Na、Ca和Mg等矿物质，尤其是Ca，其含量高达4328.43~4919.38 mmol/kg。Ca在生物炭中主要以CaCO₃的形式存在，随着热解温度升高，部分被分解为CaO。另外，生物炭还具有较高的pH_pzc（11.86~12.04）、发达的孔隙结构(比表面积为167.56~223.80 m²/g)和丰富的表面官能团(如C\stackrel{}{̿}O、C\stackrel{}{̿}C、C—O、Ca—O等)。在磷的吸附过程中，生物炭对磷的吸附量服从MR-800C< MR-900C< MR-1000C，且均可被Langmuir吸附等温线模型和准二级动力学模型很好拟合，即该吸附过程为化学作用主导的单层吸附。MR-800C、MR-900C和MR-1000C对磷的理论最大吸附量分别为104.17、121.95和128.21 mg/g。静电作用、孔填塞、配位作用及CaO所引起的沉淀作用［形成CaHPO₄和Ca₅(PO₄)₃（OH）］在该过程中起着重要作用。结果表明，食用菌菌渣可被开发作为低廉、高效的除磷吸附材料。     

生物质快速热解蒸气的在线催化研究

在固定床上对生物质流化床快速热解产生的蒸气进行了直接催化试验.选用HZSM-5催化剂,探讨了催化温度和催化剂量对催化后产物分布及生物油组分的影响.结果表明:在催化温度为375℃、催化剂量为30 mL时,可获得较高的液相产率(36.4%)、较低的气相产率(20.4%)和焦产率(13.9%).通过分析最佳工况下的生物油组分,发现精制油中含氧量高的有机酸、酯、酮、醛、呋喃等含量明显降低,而含氧量低的小分子酚类及不合氧的烃类含量大幅提高.