不同含氧气氛下生物质烘焙预处理研究进展

通过文献综述,研究了不同含氧气氛下生物质烘焙预处理研究进展。介绍了二氧化碳、烟气、空气、一定比例氧气、蒸汽、氨气、真空环境、无外部气氛供应环境等含氧气氛中生物质烘焙预处理在质量产率、能量产率、元素和工业分析、热值、热反应特性、吸湿和研磨等方面的性能;对比分析了上述有氧气氛烘焙预处理与惰性气氛烘焙预处理的性能差异;提出了目前仍需进一步深化研究的科学问题,以期为后续科学研究和生产推广提供参考,为拓展生物质高质化利用提供途径。

烘焙预处理对玉米秸秆气化产物特性的影响

我国生物质资源丰富,是一种清洁可再生的原料,通过生物质气化技术将其转化为可燃气,用于替代燃煤和天然气供热或发电,对我国实现“碳达峰”和“碳中和”的“双碳”目标具有重要意义。然而,生物质原料存在含水率高、含氧量高及热值低等缺点,导致气化可燃气存在热值低和焦油含量高的缺陷,使得利用农林废弃生物质“变废为宝”面临较大挑战。选取玉米秸秆为原料,首先采用程序控温管式炉对其进行烘焙预处理,并用元素分析、工业分析、X射线衍射仪、傅里叶红外光谱仪、热重分析仪等仪器对其基本物理化学特性进行分析;其次,采用自制的小型固定床气化炉装置,研究烘焙预处理温度对玉米秸秆气化可燃气、炭和焦油产物产率和特性的影响。研究结果表明,随着烘焙温度的升高,玉米秸秆的O质量分数及挥发分明显降低,C质量分数与固定碳显著增加,使得热值从17.26 MJ/kg增加至25.50 MJ/kg;烘焙温度对气化产物的质量产率和特性也有显著的影响。随着烘焙温度的升高,可燃气的质量产率逐渐下降,H2的体积分数从13.85%大幅增加到22.56%,可燃气的低位热值在烘焙温度为220℃时达到最高值,为9.36 MJ/Nm^(3)。较高的烘焙温度导致气化残炭的质量产率上升,并且气化残炭中的C元素与固定碳增加,而挥发分与灰分减少,热值从22.74 MJ/kg增加至24.52 MJ/kg。较高的烘焙温度使得焦油的质量产率从21.07%大幅下降至12.67%,焦油组分主要由芳烃类、酚类及脂肪烃类组分构成,其中芳烃类物质与酚类物质的质量分数较高,随烘焙温度升高,芳烃类物质的质量分数先增加后减少,而酚类物质质量分数先减少后增加,其他脂肪烃物质质量分数变化规律不明显。因此,烘焙预处理可显著改善玉米秸秆的品质,进而提升气化可燃气的热值,降低焦油含量。

烘焙预处理对方竹热解产物特性的影响

以小径级竹材方竹Chimonobambusa quadrangularis为研究对象,采用程序控温管式炉、热重红外联用仪(TG-FTIR)和快速热解-气质联用仪(Py-GC/MS)等开展方竹烘焙与热解试验,探究烘焙温度(210,240,270和300℃)对热解(550℃)过程中气、固、液三态产物特性的影响,分析方竹烘焙后固体产物热解机制。结果表明:随烘焙温度升高,固体产物中碳元素及固定碳相对含量显著提高,氧元素及挥发分相对含量明显降低,氧碳比由0.72减小到0.53,热值由18.32 MJ·kg^-1增加到21.65 MJ·kg^-1,竹材能量密度显著提高。热解气体产物主要有二氧化碳(CO2)、水蒸气(H2O)、一氧化碳(CO)、甲烷(CH4)和氢气(H2),其中CO2产量最大;随烘焙程度加深,CO2,CO,H2O,CH4产量均减小,H2增加。热解液体产物主要有酸类、酚类、呋喃类、酮类和醛类等,其中酸类、酚类以及呋喃类相对含量较高,分别为12.69%,34.72%和29.80%,酮类及醛类相对含量较少,分别为9.32%和11.87%;随烘焙温度升高,酸类、醛类及呋喃类相对含量逐渐降低,酚类及酮类逐渐增加。

烘焙预处理制备生物质清洁成型燃料的研究进展

生物质资源来源广泛、储量丰富,是可再生能源的重要组成部分,但因高分散性、低堆积密度、低热值、高吸湿性等问题限制了进一步大规模推广应用。固体成型燃料是生物质大规模应用、替代煤炭等化石燃料的重要途径之一。烘焙作为改善成型燃料理化特性的预处理方法之一,能够提高生物质成型燃料的疏水性,优化其理化特性,是目前国内外研究热点。本文对烘焙预处理过程的影响因素和烘焙产物的理化特性进行了整理归纳,分析了成型过程的影响因素及烘焙成型过程中木质素的黏结机理,阐述了烘焙预处理对制备清洁固体燃料的影响,并对烘焙提质固体燃料工艺应用进行了展望。

烘焙预处理对生物质热解的影响

在管式炉中对木屑进行烘焙,对其产物进行热解和催化热解研究.考察了不同温度下烘焙挥发物析出特性以及烘焙预处理对生物质热解的影响,重点比较了烘焙后乙酸、愈创木酚类和芳烃催化热解产率的变化规律.结果表明,烘焙温度为250,℃时,在HZSM-5催化剂作用下能有效改善热解产物的选择性,甲苯和二甲苯产率达到未烘焙生物质的近2倍,而乙酸和大部分愈创木酚类产物的产率较原生物质催化热解产率有明显降低.

生物质原料烘焙预处理研究

烘焙预处理是生物质气化或混合煤炭燃烧之前的预热处理过程。综述国外研究资料的基础上,建立了包括质量产率、能量产率、高热值、氧碳比、含水量、研磨能耗等6项参数在内的综合评价指标和标准,研究了草芦、秸秆、松木屑、锯末、柳树木屑等生物质原料的烘焙预处理方式。研究发现：松木屑、锯末、秸秆的理想烘焙条件为：烘焙时间0.5h,烘焙温度依次为250-275℃、250℃、230-250℃;柳树木屑的理想烘焙条件为：烘焙时间1h、烘焙温度230℃。草芦在各烘焙条件下均无法达到标准水平。

烘焙预处理对油茶果蒲热解的影响研究

为了研究烘焙预处理对油茶果蒲热解过程的影响,揭示烘焙温度对油茶果蒲理化性质、热解特性的影响机制,通过选取210℃、240℃、270℃三种不同烘焙温度进行油茶果蒲烘焙实验,并对烘焙前后样品进行理化性质分析和热重分析。结果表明:烘焙预处理能提高油茶果蒲热值和能量密度;烘焙温度的提高使得最大失重速率对应的温度提高,残炭率提高,同时改变热解过程的主要反应机理;随着烘焙温度的提高,热解过程的表观活化能由195.17 kJ·mol^(-1)逐步提高到232.33 kJ·mol^(-1);烘焙预处理对油茶果蒲热解产生了显著影响。

有氧烘焙预处理对纤维素热解特性的影响

在有氧和无氧氛围下对纤维素进行了烘焙预处理,研究了氧气浓度(0%~15%)对纤维素理化性质和热解特性的影响。结果表明:随着烘焙氧气浓度升高,纤维素碳元素和固定碳含量以及热值逐渐增加,而氧元素和挥发分大幅减少。有氧烘焙促进纤维素脱羟基、脱羰基和脱羧基等反应,导致含氧官能团减少和结晶度逐渐降低。有氧烘焙降低了纤维素热解初始温度和最大热失重速率,提高了热解炭产率;随着氧气浓度的增加,烘焙后纤维素的热解活化能逐渐增加。纤维素热解产物主要有糖类和呋喃类等化合物,较高氧气浓度(15%)的烘焙预处理减少了糖类化合物的相对含量,促进了烃类和酚类化合物的生成。

烘焙棉秆的成型特性影响研究及工艺优化

文章以棉花秸秆为研究对象,对其进行烘焙预处理以提升燃烧特性与热值并降低粉碎能耗。采用单因素实验研究了成型压力、成型温度和原料含水率对烘焙棉秆成型燃料的松弛密度、吸湿性和抗压强度3个特性评价指标的影响。基于单因素实验开展了正交实验,探讨三者间的相互作用并对热压成型过程进行工艺优化。结果表明:烘焙预处理提高了棉秆的燃烧稳定性及粉碎效率,烘焙棉秆的粉碎能耗与棉秆原样相比降低了66.6%;在烘焙棉秆的热压成型过程中,成型燃料的特性评价指标在合适的压力范围内(3~23 kN)均随着成型压力的增大逐渐提升;而随着成型温度和原料含水率的增加,特性评价指标均呈现先上升后下降的趋势,并分别在成型温度为115℃和含水率为9%时出现拐点。根据正交实验得出烘焙棉秆热压成型的最佳工艺条件:压力为18 kN,温度为100℃,含水率为9%,此时制得的成型燃料的松弛密度、抗压强度和吸湿性分别达到1.220kg/m3,8.17 MPa和8.45%,完全符合我国生物质颗粒燃料的行业标准。

厨余垃圾烘焙-气化制氢模拟研究与和技术经济分析

烘焙是一种极具前景的厨余提质预处理手段,能显著提升后续气化合成气品质,但其技术经济可行性尚待评估。基于此,提出一种厨余烘焙-气化制氢工艺,并与直接气化制氢工艺比较,对2种工艺进行热力学分析和经济分析,评估其可行性。利用Aspen Plus研究了气化温度和水碳比(η)对厨余直接气化和烘焙-气化2种工艺制氢能力的影响。研究发现,温度和η提高了2种工艺的制氢能力,温度950℃,η为1.5~2.0为厨余直接气化和烘焙-气化工艺较理想的操作参数。通过分析[火用]效率和经济效益,对5.5万t/a含水率55%的厨余烘焙-气化制氢工艺进行综合评价,以探究该工艺的可行性。结果表明:引入烘焙预处理,总[火用]损增加813.2 kW,占整个工艺的10.5%。直接气化系统的[火用]效率为56.7%,烘焙-气化系统效率较直接气化提升2.8%。从经济角度分析,烘焙-气化设备总投资成本为512万美元,年运行成本为297万美元,最低H_(2)销售价格为2.94美元/kg,直接气化工艺最低H_(2)销售价格则升高9.5%。因此,厨余的烘焙-气化工艺制氢无论在热效率还是经济成本上相比直接气化更具优势。

烘焙脱氧毛竹与高密度聚乙烯共催化热解制备轻质芳烃

轻质芳烃是化工领域重要的基础有机原料,可通过生物质和废塑料共催化热解技术路线制取。首先,采用烘焙预处理对毛竹进行脱氧改性提质;其次,通过Na_(2)CO_(3)溶液对微孔HZSM-5进行碱扩孔预处理,制备多级孔分子筛催化剂,最后通过烘焙毛竹和高密度聚乙烯(HDPE)共催化热解制取轻质芳烃,研究烘焙温度、Na_(2)CO_(3)浓度、原料共混比例、热解温度等因素对轻质芳烃产率的影响。结果表明,毛竹经烘焙脱氧预处理后,碳元素显著增加,氧元素显著下降,氧脱除率达到40.3%,高位热值从17.47 MJ/kg增加至25.64 MJ/kg;微孔HZSM-5经Na_(2)CO_(3)溶液碱扩孔预处理后,介孔容积、总孔容和平均孔径均增加,表明经过碱扩孔后HZSM-5形成了一定程度的介孔结构,使其转变为具有微-介孔结构的多级孔分子筛;烘焙毛竹热解产生的呋喃类含氧中间产物和HDPE热解产生的轻烯烃中间产物会发生“双烯合成”反应,成为轻质芳烃生成的关键协同催化反应,当烘焙温度为250℃、Na_(2)CO_(3)浓度为0.6 mol/L、烘焙毛竹和HDPE质量比为1∶2和热解温度为800℃时,BTX(苯、甲苯和二甲苯)等轻质芳烃产率达到最大值,为3.05×10^(8) p.a./mg。