油菜秸秆真空热解蒸气在线催化提质研究

以HZSM-5分子筛为催化剂,在两段式反应器上对油菜秸秆真空热解产生的蒸气进行了在线催化提质研究。考察了催化温度、催化剂用量和HZSM-5硅铝比对产物产率的影响;并以油相产物产率为指标,采用响应面法对工艺参数进行了优化,并对在最优条件下制取的油相和水相产物进行了理化特性分析。研究结果表明,催化温度、催化剂用量和硅铝比对产物产率影响显著;获得最高油相产率的工艺参数为:催化温度为491.0℃、催化剂用量为33.2 g(生物质与催化剂质量比为0.301)、硅铝比为53,此时,油相产率达9.80%,与预测值9.90%较为接近;油相产物的H/C摩尔比、p H值和高位热值分别为1.518、5.15和33.80 MJ/kg,可用作动力机械燃料;水相产物(干基)的H/C摩尔比和高位热值分别为1.269和29.69 MJ/kg,同样具有较高的燃料品质。

真空热解工艺参数对生物油产率的影响研究

以油菜秸秆为原料,采用真空热解系统作为生物质热解液化试验装置,以热解终温、体系压力、升温速率和保温时间为试验因子,生物油产率为试验指标,在单因素试验的基础上,采用响应面法对生物油产率进行进一步优化,利用Design Expert 8.0.6软件分析得出生物油产率的二次多项式模型方程,对热解工艺参数进行寻优,并对优化结果进行了试验验证。研究结果表明,热解终温、体系压力和升温速率是影响生物油产率的主要因素,而保温时间对生物油产率的影响较小;最佳热解工艺参数为:热解终温494.0℃,体系压力5.0 kPa,升温速率18.4℃/min,保温时间60.0 min,在此条件下,生物油产率可达43.50%,与预测值43.63%较为接近。

基于SLMD的生物质热解动力学预测模型

采用单纯形格子混合设计法(SLMD)对纤维素、半纤维素和木质素3种生物质组分进行复配优化设计,并在综合热分析仪上进行了热解试验。分析了3组分混合热解特性,建立了由生物质3组分比例直接计算动力学参数的预测模型,对模型进行了试验验证。结果表明:纤维素热解反应级数较低(1.20),活化能较高(134.50 k J/mol),指前因子较大(3.49×1012s-1),热解较为迅速与剧烈;半纤维素和木质素热解的反应级数较高(1.30、1.32),活化能较低(33.51、19.98 k J/mol),指前因子较小(9.43×103、107 s-1),热解较为缓慢;3组分在混合热解中对动力学参数存在交互影响,纤维素对活化能和指前因子的影响较为显著,而半纤维素与木质素对反应级数的影响较大;动力学参数预测模型精度较高,可有效预测生物质热解动力学参数。

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Coats-Redfern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。

樟木木屑真空热解工艺的响应面法优化及生物油组分分析

以樟木木屑为原料,采用真空热解系统进行了制取生物油的中心组合实验研究,以生物油产率为实验指标,利用响应面法(RSM)对热解液化工艺参数进行了优化,并对在最高产率条件下制取的生物油进行了理化特性、傅立叶变换红外光谱(FT-IR)和气质联用(GC-MS)分析。研究结果表明,热解终温、体系压力和升温速率对生物油产率的影响显著,但3者之间的交互作用并不显著。最佳热解工艺条件为:热解终温474.0℃、体系压力7.5 k Pa、升温速率20.0℃/min,在此条件下,生物油产率可达50.25%。与预测值(50.41%)较为接近。樟木木屑真空热解所得生物油的含水量较低(21.35%),热值较高(26.82 MJ/kg),常温下的运动黏度为3.85 mm2/s,密度1.08 g/cm3、p H值3.24和残炭量5.54%;生物油成分较为复杂,其中多种有机物可被进一步提取用作工业原料;生物油中羧酸(8.45%)、醛(26.17%)、酮(14.24%)类等腐蚀性和不稳定组分含量较高,需对其进一步精制,以优化真空热解生物油品质,提高其稳定性。

油菜秸秆真空热解液化生物油分析与表征

以油菜秸秆为原料,利用GC-MS对真空热解制取的生物原油(BC)进行了成分测定,利用FT-IR和GPC对BC的低沸组分(LBF)和高沸组分(HBF)以及老化90d后的均相老化组分(HAF)和粘稠沉淀组分(TDF)进行了化学结构组成和平均分子量及分散度分析。研究结果表明,BC含有水、烷烃、酚、醇、酮、醛、羧酸、酯和芳香族类等物质;BC在分馏和老化过程中各官能团上电子剧烈运动,加强了分子间的作用力,内部各成分之间易相互反应,造成各组分与BC间存在差异;BC和LBF接近单分散体系,HBF、HAF和TDF均为多分散体系,分子量分散度分别达到15.85、7.91和20.86;BC化学稳定性较差,需对BC进行提质改性提高其稳定性,以实现其高品质利用。

复合吸波剂TiC/SiC诱导微波热解生物质试验研究

采用复合吸波剂TiC/SiC进行了生物质微波热解制备生物油有机相的研究。采用响应面法分析了TiC与SiC质量百分比、吸波剂与生物质质量百分比和微波功率与生物质质量比对有机相产率的影响;在最优工艺条件下,对比分析了采用纯SiC和复合吸波剂对有机相产率及化学组成的影响,并对固体产物生物焦进行了表征,分析了有机相和生物焦的性能及潜力。结果表明,各因素对有机相产率影响显著,且相互间存在交互影响;当TiC与SiC质量百分比为20%、吸波剂与生物质质量百分比为53%和微波功率与生物质质量比为9.5 W/g时,有机相产率达到28.60%,与预测值28.69%较为接近。使用纯SiC作为吸波剂时,有机相产率降至23.35%,说明引入适量TiC可以使生物质热解更多地保留来自纤维素和半纤维素的产物,在增加有机相产率的同时,降低酸类、酮类和酚类相对含量;相对较多的呋喃类、醇类和酚类及其相对集中的碳原子数分布,使所得有机相产物可用作精细化工原料;核磁共振分析表明,使用复合吸波剂所得有机相中脂肪氢/碳比与芳香氢/碳比明显升高,验证了分析的准确性;复合吸波剂使生物焦具有更高的碳化程度和吸附性能,比表面积和孔容达360 m^2/g和0.22 cm^3/g,可制成活性材料。

响应面法优化油菜秸秆真空热解液化工艺及生物油分析1

以油菜秸秆为原料,采用真空热解系统进行了制取生物油的中心组合实验研究,以热解终温、体系压力和升温速率为实验因子,生物油产率为实验指标,利用响应面法(RSM)对制备生物油的工艺参数进行了优化,并对在最优条件下制取的生物油进行了理化特性和化学组成分析。研究结果表明,热解终温、体系压力和升温速率对生物油产率有显著影响,热解终温和升温速率之间的交互作用显著;获得最佳热解液化工艺条件为:热解终温490.0℃、体系压力5.0 k Pa、升温速率20.0℃·min-1,在此条件下,生物油产率可达41.65%。与预测值42.00%较为接近。油菜秸秆真空热解所得生物油的含水量为33.85%,热值为18.65 MJ·kg-1,常温下的运动黏度为4.16 mm2·s-1,密度和p H值分别为1.14g·cm·3和2.32;生物油成分较为复杂,其中多种有机物可被进一步提取用作化工原料;生物油中羧酸、醛、酮类等腐蚀性和不稳定组分含量较高,需对其进一步精制,以提高其稳定性。

基于NPSC的Zn/HZSM-5在线催化提质生物油的研究

建立了低温等离子体协同催化体系,并在该体系下利用Zn/HZSM-5进行了在线催化提质生物油的研究,分析了三效(低温等离子体、HZSM-5本身和Zn改性成分)催化对生物油品质和Zn/HZSM-5结焦的影响规律。结果表明,精制生物油产率进一步降低,但理化特性得到提升,含氧量、pH值、运动黏度和高位热值分别达到16.45%、5.00、5.10 mm2·s-1和34.25 MJ·kg-1;低温等离子体放电的协同作用使Zn/HZSM-5的裂解脱氧性能得到增强,精制生物油中烃类含量和组成均有明显提升和改善,多环芳香烃明显减少,单环芳香烃占比显著升高;Zn/HZSM-5的抗结焦性能得到进一步增强,但反应物较低的有效氢碳比使精制生物油燃料品位和催化剂稳定性难以得到实质性提升。因此,需进一步从原料角度切入,提高催化提质过程中可有效转移利用的氢元素。

昆虫体色多型及其调控机理

体色多型现象普遍存在于各昆虫类群,体色多型对探讨昆虫遗传多态性、适应机制及生物进化等具有重要的意义.为了更加清楚地了解昆虫的体色多型现象,更加全面地了解昆虫类群,针对体色多型类型的划分、体色多型的调控机理2方面的研究内容做出分析.结果表明:昆虫体色多型可分为隐蔽色型、绿褐色多型及密度关联体色多型3种类型;其调控机理可分为环境调控、内分泌控制机理、遗传调控等.

香樟木屑真空热解蒸气催化前后产物对比分析(英文)

在两段式反应器上开展了对香樟木屑真空热解蒸气的在线催化提质研究。对比分析了催化前后各相产物产率和气体组成的变化,以及催化前后液相产物理化特性和化学组成。结果表明,催化后液相产物产率降低,但生物油出现分层,上层为油相,下层为水相。油相的H/C物质的量之比、pH值和高位热值(湿基)分别为1.712、4.93和37.15 MJ/kg;油相中烃类和轻质酚类等目标产物含量明显增加,而酸类、醛类和酮类等具有腐蚀性和不稳定性的化合物含量则显著降低,燃料品质较生物原油有显著提升;水相中仍含有少量腐蚀性和不稳定化合物,但其干基的高位热值达32.98 MJ/kg,除去水分后亦可将其用作替代燃料。热解蒸气中非目标产物在HZSM-5分子筛的活性位点上发生转化反应生成期望化合物,各类反应遵循碳正离子反应机理。

等离子体协同Zn和Ti/HZSM-5催化提质生物质热解气

针对生物油提质中品位提升有限等问题,建立了等离子体协同催化系统,利用Zn、Ti单一改性以及ZnTi联合改性的HZSM-5进行了在线提质生物油的研究,分析了三效(包括等离子体、催化剂本身和改性成分)催化对生物油提质的影响.结果表明:三效催化使生物油产率降低,但理化性能明显提升,其中Ti/HZSM-5催化所得生物油的高位热值达到37.02 MJ/kg,烃类总量达到89.49%,其中多环芳香烃明显减少;等离子体技术使改性HZSM-5的裂解脱氧性能提升,并且随着Ti元素的引入而逐渐增强.

NPSC体系下Ti/HZSM-5在线催化裂解生物油的实验研究

采用离子交换法对HZSM-5进行了Ti负载改性,利用SEM(EDS)、XRD、BET和Py-IR对Ti/HZSM-5进行了表征;建立了低温等离子体协同催化(Non-thermal plasma synergistic catalysis,NPSC)体系,并在该体系下利用Ti/HZSM-5进行了在线催化裂解生物油的研究,分析了"三效"(包括低温等离子体、HZSM-5本身和改性成分)催化对生物油品质以及催化剂稳定性的影响。结果表明,精制生物油产率降低,但其理化特性得到明显提升,高位热值达37.02 MJ/kg;精制生物油中烃类含量和组成均得到明显提升和改善,低温等离子体技术的协同作用,有效增强了裂解脱氧性能,烃类质量分数达89.49%,且多环芳香烃(Polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)明显减少,但精制生物油仍属缺氢燃料;Ti改性成分与高能放电、HZSM-5之间存在多重交互作用,较强的裂解性能使Ti/HZSM-5结焦量有所增加,并出现两类焦炭"同构化"现象,较低的(nH/nC)eff使催化剂稳定性难以得到实质性提升。

不同钛源改性HZSM-5耦合低温等离子体放电催化生物油提质反应的性能

以不同Ti源(金红石型TiO2、锐钛型TiO2、中间价态钛氧化物及常规TiO2)对HZSM-5分子筛进行改性,并采用XRD、BET、Py-IR、FT-IR、TG-DTG和TEM方法对改性催化剂进行表征;利用改性催化剂耦合低温等离子体放电(Cold Plasma Discharge,CPD)进行在线催化生物油提质反应,以光学发射光谱(Optical Emission Spectroscopy,OES)在线监测反应中产生的活性自由基,分析催化剂改性对精制生物油产率、燃料品位和化学组成的影响。结果表明:在CPD诱导下,锐钛型TiO2和中间价态钛氧化物改性催化剂性能较高,产生更多活性自由基,生物油产率和高位热值提高,产物中烃质量分数提高,结焦率降低;金红石型TiO2改性催化剂性能变差;常规TiO2改性催化剂酸性增强,但与CPD无协同作用,催化剂性能变化不明显。

低温等离子放电与催化剂结合方式对生物油提质的影响

为提高生物油的提质效率,在HZSM-5及Ti/HZSM-5催化的基础上引入低温等离子体技术,分析等离子体协同催化(PSC)和等离子体增强催化(PEC)等不同结合方式对精制生物油产率、理化特性、化学组成及催化剂稳定性的影响。结果表明,Ti改性和等离子体放电使精制生物油产率逐渐降低,Ti/HZSM-5(PEC)催化所得精制生物油产率较低,生物油质量分数为13. 84%,但烃类物质的分布得到明显改善;而Ti/HZSM-5(PSC)催化所得精制生物油中烃类总含量略低,但高氢碳比产物相对含量达68. 89%,理化特性较优,高位热值达到36. 52 MJ/kg; PSC方法等离子体对催化剂表面的冲击作用较强,使催化剂结焦量相对较低,Ti/HZSM-5(PSC)的结焦量较低,积分面积仅为5. 24%,催化稳定性较高。综合而言,基于Ti/HZSM-5的催化作用,PSC方法优于PEC方法。

复合吸波剂对油菜籽壳微波热解液化的影响

为了提高油菜籽壳热解液化效率,采用响应面法分析了单位质量(1g)油菜籽壳热解所需微波功率、SiC质量和微波间歇时间的影响,并在最高产油工艺下,研究了复合吸波剂B_(4)C/SiC、TiC/SiC和WC/SiC对生物油产率和组成的影响。结果表明,各因素对产率影响显著,且微波功率与其他因素间交互作用显著;当微波功率为8W、SiC质量为0.49 g和间歇时间为28 s时,每克油菜籽壳产油率达到30.33%,较接近预测值30.38%。复合吸波剂使产率分别增至38.50%、34.62%和32.39%。添加B_(4)C提高酮类的选择性,而添加TiC使产物分布更均衡。添加B_(4)C使产物碳数向低碳方向偏移较多,并使焦炭的碳化程度和吸附性能较高。

Dawson型磷钨酸改性HZSM-5催化裂解生物质

利用Dawson结构磷钨酸(PW)对HZSM-5进行改性,研究PW负载量对生物质热重特性及反应动力学参数的影响,并对制取的生物油进行液相及有机相分析。结果表明:添加HZSM-5使热重曲线向低温侧偏移,但随着PW负载量的增加,热重曲线向高温侧逐渐回偏,并使最大失重速率降低;反应级数从1.97升至2.12,活化能从53.32 kJ/mol降至31.15 kJ/mol,指前因子从8.27×10^(4)s^(-1)降至9.61×10^(2)s^(-1),反应复杂度增加,剧烈程度降低;10%PW/HZSM-5催化所得有机相收率仅为10.73%,高位热值却达38.01 MJ/kg,其中I类单环芳香烃含量达到52.29%,多环芳香烃仅占12.32%,并且对BTEX(Benzene,Toluene,Ethylbenzene,Xylene)选择性较高;当PW负载量增至20%时,烃类组成有所恶化,对含氧有机物的转化能力降低。

基于GRNN的生物质真空热解液化过程优化研究

以油菜秸秆为原料,采用真空热解系统进行了制取生物油的正交试验研究,基于广义回归神经网络(GRNN)原理,建立了以热解终温、体系压力、升温速率和保温时间为输入变量,生物油产率和能量转化率为输出变量的预测模型,并以生物油产率和能量转化率为目标开展了系统参数的优化,对优化结果进行了试验验证。研究结果表明,经训练后的GRNN预测模型输出的生物油产率和能量转化率的预测值与试验值吻合较好;当热解终温为486.8℃、体系压力为5.0 kPa、升温速率为18.1℃/min、保温时间为55.0 min时,最高生物油产率和能量转化率分别为43.6%和35.5%。经试验验证,优化结果较为精确。

基于PDEC的生物油在线提质工艺优化与机理研究

构建了等离子体前置放电增强催化的反应系统,依托该系统开展了 HZSM-5 在线提质生物油的研究,采用响应面法分析了反应温度、催化剂填装高度和放电功率等对精制生物油产率的影响规律;并在最佳工艺下引入 Ti/HZSM-5进行生物油提质,探讨催化反应机理。结果表明,各因素对产率影响显著,且相互之间存在交互作用;当反应温度为400 ℃,催化剂填装高度为 20 mm,放电功率为 30 W 时,精制生物油产率达到 18.1%,与预测值 18.5%较为接近。采用 Ti/HZSM-5 催化时裂解脱氧性能明显增强,产率下降至 16.0%,但烃类含量和组成得到明显提高和改善,多环芳香烃降至 6.33%,C14及以上的大分子烃类仅为 2.81%。前置放电为后续催化反应提供了物料基础,且活性物质的冲击既增强了催化剂活性,又改变了反应物的吸附行为,而 Ti 离子与活性物质的相互作用促进了碳正离子反应的进行,并在“烃池”机理的作用下,形成以单环芳香烃为主的产物。

基于NTP的生物质热解气间接加氢提质试验研究

为提高生物质热解气的提质转化效率,以聚乙烯塑料热解气为间接加氢原料,利用低温等离子体(Non-thermal plasma,NTP)协同Ru、Ti及Sn改性HZSM5,间接加氢生物质热解气制备烃类燃料,探讨了金属改性对反应中活性自由基、有机相产率、理化特性与化学组成以及催化剂结焦率的影响。结果表明,在NTP条件下,Ru和Ti改性可以活化热解气,形成更多同尺度活性自由基,有利于混合热解气的有效整合,其中,Ti改性使有机相产率和高位热值分别达到58.73%和38.73 MJ/kg;Ru、Ti和Sn改性使有机相中芳香烃相对含量显著升高,升幅分别为109.15%、208.55%和52.52%,Ru和Ti改性导致产物有效氢碳比降低;Ru、Ti和Sn改性催化剂的结焦率从12.88%分别降至9.44%、4.95%和10.91%,Ti改性催化剂具有较高的稳定性。研究表明,在NTP作用下,Ti改性HZSM5对混合热解气具有较高的提质转化效率,且催化稳定性较高。