樟子松气化联产炭制备活性炭的试验

樟子松在采伐、造材和加工过程中产生大量废弃木片、枝丫条等林业三剩物,而生物质多联产气化反应系统可将废弃物气化,产生可燃气、提取液和生物质炭3类产品。为了增加生物质的利用效率,提高生物质气化多联产系统的经济效益,笔者以Na OH为活化剂,研究以废弃樟子松木片气化炭为原料的活性炭的制备工艺,分析碱炭比、活化时间及活化温度对活性炭的比表面积、孔径分布、碘值以及得率的影响。研究结果表明较佳的工艺条件为碱炭比2.5、活化时间1.5 h、活化温度800℃,该条件下的活性炭得率为45.6%,比表面积1 702.217 0 m2/g,碘吸附值1 800 mg/g,微孔百分比79.85%,过渡孔百分比19.47%,平均孔径2.18 nm。

纳米SiO_2气凝胶改性木材的研究

纳米无机质气凝胶对木材进行改性处理复合材是一种新方法。本文介绍了气凝胶的概念及特性,分析了纳米SiO2气凝胶改性木材的工艺、复合机理及其性能评价。

下吸式生物质固定床气化炉研究进展

随着全球能源需求的不断增加和化石能源的日趋枯竭,生物质固定床气化技术作为一种清洁的可再生能源利用技术,引起许多研究者的关注。与上吸式固定床气化炉相比,下吸式具有可燃气焦油含量低、炭转化率高、可燃气热值高、可燃气产品用途广的优点。笔者详细介绍了下吸式生物质固定床气化炉的原理、分类、单段下吸式固定床以及两段下吸式固定床的研究现状,并且在综述的基础上,对下吸式固定床气化炉的应用研究提出了展望。

红外光谱结合PCA分析研究枫香果实多元醇液化反应进程

木质纤维原料富含羟基,可通过液化处理转化为具有较高反应活性的液态产物,实现其高值化利用。纤维原料的液化过程中存在降解和缩聚反应的竞争反应,直接影响液化产物的特性。为了研究枫香果实的液化反应过程,以聚乙二醇和丙三醇(4∶1 V/V)为液化试剂,对枫香果实进行不同时间(30,60,90,120和150 min)的液化处理。利用傅里叶红外光谱(FTIR)结合主成分分析(PCA)、X射线衍射(XRD)分别对液化残渣和液化产物进行表征。结果表明枫香果实的液化率随反应时间延长逐渐提升,最高为88.79%。基于液化率和羟值确定枫香果实的最佳液化时间为120 min,此时液化率为87.91%,液化产物的羟值为280 mg KOH·g^(-1)。FTIR和XRD分析表明液化反应初期以木质素和半纤维素的降解反应为主;液化后期,结晶纤维素开始降解,同时伴随着缩聚反应的发生。主成分分析发现,不同液化时间得到的液化残渣的官能团分布相对独立,可以作为判断枫香果实在液化过程中各组分降解的依据。液化时间90 min为液化过程的转折点,此时主导反应逐渐由降解转为缩聚反应。此外,为了探究枫香果实液化产物在聚氨酯泡沫应用上的可行性,添加不同含量(10%,20%和50%)的枫香果实液化产物成功制备得到了聚氨酯泡沫。FTIR分析表明,枫香果实的液化产物可代替多元醇制备聚氨酯泡沫,且液化产物的添加并未改变聚氨酯泡沫的化学结构。研究结果为进一步探究木质纤维资源的液化过程和枫香果实的液化利用提供了理论依据。

糠醛渣和废菌棒的热解气化多联产再利用

糠醛渣和废菌棒是农林木质纤维素类生物质经利用后的废弃物。该文分析了糠醛渣和废菌棒的组分构成和热失重特性,并以糠醛渣和废菌棒为原料,以生物质高效无污染全面利用为目的,应用生物质气化多联产技术制备了生物质炭与可燃气。糠醛渣的C元素含量较高而挥发分含量较低,糠醛渣的热值(20.87 MJ/kg)高于废菌棒(18.01 MJ/kg)。糠醛渣的半纤维素失重肩峰明显消失,其最大质量损失速率高于废菌棒,质量损失总量低于废菌棒。糠醛渣和废菌棒的气化产炭率分别为29.99%和22.26%,糠醛渣炭的热值为26.18 MJ/kg,高于废菌棒炭的20.09 MJ/kg,糠醛渣炭的比表面积为253.58 m^2/g,高于废菌棒炭的189.08 m^2/g。糠醛渣可燃气和废菌棒可燃气的产率分别为2.49和2.25 m^3/kg,其热值含量基本处于同一水平,分别为4.86和4.92 MJ/m^3。糠醛渣和废菌棒可分别用于机制炭和炭基肥料等的生产,同时产出生物质可燃气。

3MW杏壳气化发电联产活性炭、热、肥的应用案例分析

杏壳活性炭生产是河北省山杏产业的重要组成部分,其生产规模不断扩大,工艺不断改进,然而传统杏壳活性炭生产工艺仍存在产品单一、杏壳资源利用不充分、产品附加值低以及加工过程高能耗、高污染、低效率等问题。本文介绍了生物质气化技术应用于活性炭生产,基于南京林业大学生物质气化多联产技术建成了3MW杏壳气化发电联产活性炭、热、肥项目;并介绍了此系统的技术特点、运行情况,同时进行了平衡分析和投资成本、投资回收期及运行费用等经济指标的分析。结果表明,该项目每年可利用杏壳3.9万吨,节约原煤折算标煤量为7500吨,减排CO_(2)3.738万吨,环境效益好,投资回收期一年多,经济效益非常显著,适合规模化推广应用。

秸秆制备生物质炭技术及产业化进展

秸秆生物质炭是秸秆在无氧或限制性供氧条件下,经过一定的温度热解得到的固体产物。秸秆生物质炭由于其灰分含量高、热值偏低,不适合做活性炭、工业用炭甚至机制烧烤炭等,但秸秆炭可以作为肥料还田,被称为全营养肥,同源性好,更有利于作物的吸收,其不仅可以将原本作物生长过程中吸收的各种大量元素和中微量元素返回土壤,而且秸秆炭含碳量达65%以上,具有良好的固碳减排作用。本文结合南京林业大学生物质气化多联产团队近20年来对秸秆生物质炭的研究与产业化的情况,综述了秸秆制备生物质炭技术、设备及产业化进展,讨论了生物质炭化、干馏、气化联产炭技术的原料适应性、得率、产能和综合经济效益,以期为秸秆制炭产业的发展提供参考。

基于虚拟仿真技术的生物质气化多联产实验设计与实现

虚拟仿真实验技术是实现在线实验教学,保证教学质量的有效手段,是实验教学的发展方向。为了解决生物质气化多联产实验实践教学环节中存在设备规模大、有高温危险性、单次实验运行成本较高、时间长等问题,运用Unity3D软件、SQL server等数据库,构建了预习、操控、拓展设计以及考核评价为一体的生物质气化多联产虚拟仿真实验教学系统,这种虚实结合、相互辅助的实验教学形式能够激发学生的学习兴趣,有效提高实验教学质量,切实提升学生实践和创新能力。

红外光谱结合热重法对考古木材降解状况的分析

考古木材的保存保护需要基于其主要化学组分的降解状况,制定科学的保护方案,如加固剂的选用、处理时间与温度的控制等。选取徐州万达汉代墓群出土四个棺木作为样品;经鉴定,树种分别为硬松(Pinus subgen.Diploxylon sp.)、楠木(Phoebe sp.)、梓木(Catalpa sp.)和榉木(Zelkova sp.)。采用衰减全反射傅立叶红外光谱及热重分析,快速表征考古木材和对应现代材的化学性质和热解特性。研究结果表明:考古硬松、考古楠木、考古梓木以及考古榉木的红外光谱中1730 cm^-1附近来自于半纤维素乙酰基上CO伸缩振动的吸收峰几乎消失,而1500 cm^-1附近木素苯环骨架伸缩振动吸收峰的相对峰强提高,这反映出古木半纤维素降解严重,而木素留存较好。古木综纤维素样品中均未发现半纤维素中酰氧键(—COO)位于1238 cm^-1附近的特征峰,而除现代楠木综纤维素外,其余现代材综纤维素红外谱图中均检测到此峰,这表明与纤维素相比,古木中半纤维素降解更严重,也说明楠木的半纤维素含有较少的酰氧键。与古木酸不溶木素样品相比,现代健康材酸不溶木素1459 cm^-1附近甲基与亚甲基的C—H弯曲振动的吸收峰强度较高,说明现代健康材酸不溶木素中有更多的甲基与亚甲基,木素大分子中含有更多的侧链。古木酸不溶木素的红外谱中1028 cm^-1附近的木素中仲醇与脂肪醚结构的吸收峰强度低于现代材,说明古木的酸不溶木素含有较少的C—O键。比较不同树种古木和现代材的热解行为,发现古木热解速率均减缓,快速热解段起始温度提前,残炭率提高。古木与现代材热解行为的差异,主要与古木综纤维素大量降解,木素相对含量的提高有关。在4个古木样品中,考古楠木的残炭率最低,这表明考古楠木木素相对含量较低,综纤维素保存较好,其天然耐久性在4个树种中最好。此外,由于古木酸不溶木素中含有较少的侧链以及甲氧基使得其热解速率变慢。以上结果表明,红外光谱与热重分析均可用于分析考古木材的降解状况,能为及时制定文物保护方案提供科学依据。

松塔热解特性及热解过程气体产物分析

文章以废弃松塔为原料,采用热重分析的方法,研究了松塔热解失重规律,通过管式炉热解实验,研究了松塔热解过程中气体产物的变化规律。研究结果表明:松塔热解分为3个阶段,200~500℃是松塔热解的主反应区间,最大失重峰出现在338℃,热解反应过程存在两个较明显的DTG曲线肩峰,且这两个DTG曲线肩峰均与松塔抽提物有关;松塔热解过程中会产生大量的CO_(2),同时还有CO,CH_(4)和H_(2)O的产生和芳香族化合物的出现;当热解终温为600℃时,随着升温速率的提高,管式炉热解产物中的固体产物得率逐渐降低,液体和气体产物得率逐渐增加,液体产物得率的增幅逐渐变小;当升温速率为80℃/min时,气体累积热值呈现出先增加后略微降低的变化趋势,在热解的第668 s,气体热值达到最大值11064 kJ/m^(3)。

稻壳气化磷酸法活性炭生产供热案例分析

通过对年产5000 t磷酸法活性炭生产线的用能分析,计算磷酸法活性炭生产线的能耗分布,获得稻壳气化联产装置的设计参数。结果表明:2台单台产气量为2500 m^(3)/h的下吸式固定床稻壳气化联产炉可满足磷酸法活性炭生产需求,生产线每天消耗稻壳50.12 t,生产稻壳炭15.04 t。同时分析了气化联产系统物料平衡和能量平衡特点,揭示了系统的能量分布与元素转化利用效率,并与原有燃煤供热工艺的经济性进行对比分析,热燃气不降温直接燃烧可将燃气的能量转化效率由44.76%提升至59.32%,并产生相当的稻壳炭,实现营收,具有良好的经济和环境效益。此外,稻壳气化炭气联产清洁供热实现连续稳定燃烧,有助于活性炭产品质量的稳定和提升。

有机酸洗预处理对玉米秸秆热解过程的影响

以玉米秸秆为原料,用乙酸溶液对秸秆进行洗涤预处理,采用热重分析仪对预处理前后玉米秸秆进行热解实验。结果表明:酸洗预处理去除了玉米秸秆中大部分的K、Na和Mg等金属元素,降低了灰分含量;酸洗预处理使得玉米秸秆两个热解失重峰分离的更加明显,提高了玉米秸秆热解失重速率,使得玉米秸秆热分解变得容易。

酸洗预处理对杨木原料及其热解产物的影响

采用浓度3%的盐酸溶液对杨木木屑进行洗涤预处理,采用小型固定床热解装置对酸洗前后的木屑进行热解实验,收集产物并分析其性质。结果表明:经过酸洗预处理后,木屑中金属元素尤其是K、Ca和Mg的含量显著降低;酸洗预处理减少这些金属元素对木屑的催化热解作用,提高了生物油的产率和热值,降低了木炭产率。

高校《生物质热解原理与技术》实验实践课程教学建设

生物质能是重要的清洁可再生能源,具有低碳、环保、循环可再生等特点,其应用形式多样、应用技术成熟、应用范围广泛,在应对全球气候变化、缓解能源供需矛盾、保护生态环境等方面发挥着重要作用,逐渐成为能源结构消费调整、国际能源转型的重要力量。生物质热解技术是生物质能源中的重要利用方向,通过对实验实践课程的学习,使学生深刻理解生物质热解原理与技术的专业知识,获得相应分析计算和实验操作能力,提高学生运用所学知识发现、分析和解决实际问题的能力。

木质成型机制炭的制备工艺及性能表征

以木块气化多联产技术工艺的固体产物木块炭为原料,采用单因素试验方法,考察了胶黏剂添加量、原料炭粒径,对成型机制炭的理化特性、抗压强度、抗跌落强度的影响规律,以优化成型机制炭工业生产工艺。结果表明:随着胶黏剂添加量的增加、原料炭粒度的降低,成型炭的抗压强度、抗跌落强度增加,当胶黏剂添加量为4%,原料炭粒度在10~20目之间时,成型炭的抗压强度和抗跌落强度略高于对比样,且成本较低、外观良好。本研究为成型机制炭的工业化生产提供理论基础。

基于TG-FTIR的水洗稻壳热解特性研究

本文以稻壳为原料,利用热重红外联用仪(TG-FTIR)研究水洗预处理对稻壳热解特性的影响。结果表明:稻壳热解过程有干燥、裂解和炭化三个阶段,水洗提高了稻壳的初始热解温度,增大了稻壳第一热解失重峰,并使得稻壳热重曲线向高温区偏移;水洗预处理去除了部分灰分和金属元素,减少了稻壳炭的生成。

轻质生物油洗涤预处理对棉花秸秆热解的影响

采用轻质生物油对棉花秸秆进行洗涤预处理,研究预处理前后棉花秸秆的热解特性。结果表明,洗涤预处理有效降低了棉秆灰分和金属元素含量,提高了生物油的产率和热值,降低了生物油的含水量,增大了棉秆炭挥发分和固定碳含量。因此,轻质生物油洗涤预处理是一种很好的生物质脱灰方式。

基于创新实践能力培养生物质热解专业实验实践教学建设

生物质热解技术是生物质能源化利用的重要方向,全国多个高校开设了生物质能源专业和课程。本文分析探讨了基于创新实践能力培养的生物质专业基础实验实践教学建设的意义,梳理了实验实践教学内容,强调了科研成果转化实验、虚拟仿真实验、实习实践教学在创新实践能力培养中的重要作用,为我国的生物质热解技术产业化的发展提供创新实践型人才支持。