生物质热裂解生物油精制的研究进展

生物质热裂解生物油的高含氧量、低热值和化学不稳定等特性在一定程度上影响了生物油的广泛应用,因此必须对生物油进行精制,以改善生物油的品质。该文从催化加氢、催化裂解、气相催化、水蒸气重整和乳化等方面详细阐述了生物油精制的研究进展,指出了生物油精制的发展方向,以期为生物油的应用提供参考。

生物质热裂解生物油性质的研究进展

生物质热裂解生物油是生物质在隔绝空气的条件下,快速加热裂解,裂解蒸汽经快速冷却制得的棕褐色液体产物。生物油的物理化学性质显示了其在商业上的应用潜力,已引起了国内外的广泛关注。为此,从组成成分、含水量、含氧量、固体颗粒、灰分、酸性、腐蚀性和粘度等方面详细叙述了生物油的物理化学性质,提出了应用生物油的发展方向和推广应用生物油必须解决的问题。

生物质快速热裂解制取生物油的研究

阐述了生物质热裂解机理,介绍了生物质热裂解液化技术的工艺流程,对生物质热裂解液化技术研发现状进行了总结。以榆木木屑为原料,在自制的小型流化床上,开展了生物质快速热裂解制取生物油的试验研究。试验结果表明,粒径小于0.2mm的生物质粒径对生物油产率影响不大,最高生物油产率为43.93wt%,并指出了生物油的应用方式,为生物质快速热裂解液化技术的研究提供了参考。

生物质快速热裂解制取生物油技术的研究进展

生物质热裂解制取生物油技术是在中温(500～650℃),高加热速率(104～105℃/s)和极短气体停留时间(小于2s)的条件下,将生物质直接热解,产物经快速冷却,可使中间液态产物分子在进一步断裂生成气体之前冷凝,从而得到高产量的生物油。该技术是一种环境友好的新型生物质能利用技术,具有广阔的应用前景。对生物质热裂解机理、生物质热裂解反应器类型、生物质快速热裂解过程的影响因素、生物油特性、生物油的精制及应用等方面进行了阐述,以期为该技术的发展提供参考。

生物质能:机遇与挑战

2008年12月7-8日，“生物质能：机遇与挑战”国际研讨会暨第4届上海交通大学—康奈尔大学生物技术与现代农业论坛在上海交通大学农业与生物学院召开。此次研讨会由上海交通大学和美国康奈尔大学共同主办，由上海交通大学农业与生物学院承办，会议得到上海交通大学“国际会议专项资助基金”资助。

Ga、Zn改性ZSM-5对生物质热裂解产物单环芳烃选择性的影响

针对生物油组分复杂、含氧量高等问题,通过使用金属改性催化剂改善生物油的组成,提高生物油中单环芳烃(Monocyclic Aromatics Hydrocarbon,MAHs)的选择性,并探讨了生物质催化热裂解反应机理。以硝酸镓、硝酸锌为改性剂,采用离子交换法对不同硅铝比的ZSM-5进行改性,使用Py-GC/MS外标法探究硅铝比(30、40、50和60)和金属元素类型(Ga、Zn)对玉米秸秆催化热裂解产物单环芳烃选择性的影响。结果表明,对于Ga/ZSM-5,硅铝比为30时更有利于单环芳烃的产生,此时玉米秸秆催化热裂解产物单环芳烃的相对含量为19.02%,是在母体ZSM-5(30)催化下的1.38倍;对于Zn/ZSM-5,硅铝比为40时更有利于单环芳烃的产生,此时玉米秸秆催化热裂解产物单环芳烃的相对含量为22.18%,是在母体ZSM-5(40)催化下的1.51倍。硅铝比对二甲苯、萘和二甲基萘的产率影响比改性金属元素影响大,改性金属元素对苯、甲苯和茚的产率影响比硅铝比影响大。从生物油的相对含量、元素组成、芳香烃的相对含量、以及单环芳烃的产率来看,Zn/ZSM-5(40)的催化效果优于Ga/ZSM-5(30)。

基于Weibull混合模型的生物质热解动力学研究

该研究选取中国产量较高的3种农作物水稻、油菜和棉花的秸秆作为研究对象,采用Weibull混合模型对稻秆、油菜秆和棉秆进行热解动力学解析。结果表明,稻秆、油菜秆和棉秆的热解动力学子过程可分为3个过程:水分蒸发,热解挥发分析出和热解炭化;Weibull混合模型可很好的描述3种物料的热解挥发分析出过程;Weibull混合模型可将生物质热解动力学过程分解为其主要组分纤维素、半纤维素和木质素的热解子过程。研究结果有助于后续生物质热解机理的研究。

典型农业生物质化学特性的比较与分析

以安徽省、江西省和上海市的典型生物质农作物秸秆(水稻秸秆、玉米秸秆、油菜秸秆和棉花秸秆)作为研究对象,通过测试生物质的化学组成特性,比较分析不同种类秸秆性质的异同,推断不同秸秆适宜的能源化利用途径。结果表明:玉米秸秆热化学转换时更易转化为CO、CO2,棉花秸秆热化学转换时更易转化为CH4;棉花秸秆不适合热裂解液化生成生物油,其次为玉米秸秆;水稻秸秆更适合生产乙醇;油菜秸秆不适于直燃发电。本研究可以为3个地区不同类型生物质能源利用时的原料选择及热化学转化设备的改进提供参考。

生物质快速热裂解反应温度对生物油产率及特性的影响

以木屑为原料，在自制的小型流化床上，研究了生物质快速热裂解反应温度对生物油的产率、含水率、密度、黏度及成分的影响。结果表明，在475℃，500℃和550℃三种热裂解温度中，以500℃的平均生物油产率最高，为58．74％（w／w）。三种热裂解温度下，生物油的含水率分别为42．5％、46．0％和40．7％，生物油的密度分别为1140、1148和1151kg／m^3，运动黏度分为4．51cSt、3．87cSt和4．73cSt。热裂解温度增高时，生物油的密度略有增加，含水率和运动黏度未见有规律变化，并且，运动黏度随含水率的增加而减小。热裂解温度对生物油的主要化合物成分相对含量有一定影响，但影响不明显，生物油中化合物几乎都是含氧的不饱和烃类衍生物。碳原子数在2～10之间，温度升高有利于糠醛、大多数苯酚类化合物生成，不利于乙酸的生成。该研究为生物油的生产与应用提供了参考。

生物质热裂解液化物质平衡及影响因素分析

采用自制的小型流化床热裂解反应装置,利用农业废弃物(如玉米秸秆、稻壳、松木屑等)进行快速热裂解液化试验。试验结果表明,红松木屑的产油率最高,为62.39wt%,秸秆次之;在450℃,475℃,500℃,525℃和550℃等5种不同温度下,玉米秸秆热裂解在475℃时产油率最高,为56.28wt%。快速热裂解液化试验为生物质热裂解液化的研究提供了有益的参考。

生物质快速热裂解主要参数对生物油产率的影响

以松木木屑为原料,在自制的小型流化床上,开展了生物质热裂解温度、生物质粒径和进料速率对生物油产率的影响实验研究。结果表明,在热裂解温度分别为450、475、500、525和550℃条件下,当热裂解温度为500℃时,生物油产率最高,平均产率达到53.33%(质量百分比)。反应温度越高,炭产量越低,不可冷凝气体产量越高,气体发热值越高;粒径<1 mm的生物质其粒径对生物油产率影响不大;生物质进料速率增加时,生物油产率增加。本研究为生物能的利用提供了新的途径。

生物质与石英砂组成双组分混合物的流化特性分析

通过流化床转化生物质是获取生物质能的重要方法之一。为此,选用秸秆和稻壳两种生物质原料,分别与石英砂组成双组分混合体系,然后在冷态条件下,在小型流化床上采用降速法进行流化特性的实验研究。结果表明:在双组分混合物中,改变生物质的种类对流化效果几乎没有影响。当粒径相同时,影响流化效果的关键取决于石英砂在混合物中所占的比例;当石英砂所占比例低于混合物的60%时,混合体系基本不能实现流化,而当石英砂单独流化时,流化效果呈理想状态;当石英砂所占比例为80%以上时,双组分混合物均可实现正常流化,且流化效果无明显差别。最终的分析结论认为,生物质与石英砂组成双组分混合物流化时,石英砂在混合物中的比例不少于80%时就可以正常流化,这一结论也为生物质流化床转化过程中进料速率的选择提供了依据。

生物质快速热裂解生物油对藻类的毒性效应

为明确生物质快速热裂解生物油的使用安全性能,以斜生栅藻和月牙藻为受试材料,设置5组不同生物油含量(分别为0、9.5、20.7、48.5和81.3 mg/L)的藻类培养液,测定生物油对藻类的毒性效应。结果表明:不同生物油含量的藻类培养液对两种藻的生长存在不同程度的抑制,对斜生栅藻的生长抑制率分别为0、(36.59%±5.94%)、(48.47%±2.53%)、(94.83%±2.50%)和(105.25%±1.39%);对月牙藻的生长抑制率分别为0、(45.14%±0.93%)、(55.45%±1.41%)、(64.07%±3.95%)和(92.58%±0.88%),藻类培养液中生物油含量越高,其抑制效应越强。对不同生物油含量下的藻类生长抑制率进行非线性回归分析(以生物量计),生物油对斜生栅藻和月牙藻生长的72 h半效应浓度分别为17.62和14.16 mg/L,说明月牙藻对生物油更敏感。

榆木木屑快速热裂解主要工艺参数优化及生物油成分的研究

以榆木木屑为原料,在自制的流化床反应器上,采用正交实验设计,进行了快速热裂解主要工艺参数优化试验,并对产生的生物油成分进行了GC-MS分析。结果表明,榆木木屑快速热裂解最优工艺参数组合为热裂解温度500℃、气相滞留期0.8 s、物料粒径0.180 mm,生物油最大产率为46.3%(质量分数)。热裂解温度、气相滞留期对生物油产率影响显著,而热裂解温度和气相滞留期的交互作用、物料粒径对生物油产率影响不显著。生物油是一种成分极其复杂的有机化合物的混合物,含氧量较高。该项研究为生物质快速热裂解技术的发展提供了科学的依据。

生物油催化酯化及其存储稳定性研究

以CD650阳离子交换树脂为催化剂,通过三因素Box-Behnken方法设计甲醇和乙酸的模型反应并优化催化酯化反应条件,在最优反应条件下进行生物油和甲醇的催化酯化反应及生物油存储稳定性研究。通过测试空白组、甲醇组和酯化组三组生物油的理化指标发现:存储后酯化组灰分和密度分别为0.1128%和1.1349 g/mL,为各组最低,热值为16.412 MJ/kg,为各组最高。此外,存储后酯化组pH值为2.61,含水率为28.14%(质量分数),运动黏度(40℃)为11.29 mm^2/s,均为各组最低。各组生物油傅里叶变换红外光谱及气相色谱质谱联用分析结果表明,酯化组内酯类成分上升,有机酸含量下降。生物油经催化酯化后品质得到提升。

生物柴油主要制备方法的研究进展

生物柴油因具有良好的环境友好性和可再生性而越来越受到人们的重视。文章详细介绍了生物柴油主要制备方法的研究进展,包括直接混合法、微乳液法和转酯化法,指出了影响我国生物柴油大规模工业化发展的制约因素,提出了降低生物柴油生产成本的解决对策。

菜籽油生物柴油水洗去除游离甘油的工艺参数研究

甘油是生物柴油生产过程中的主要副产物。生物柴油中甘油含量多少是评价生物柴油质量好坏的重要指标之一。通过水洗可以很容易去除粗生物柴油中的游离甘油,但是水洗不仅会产生大量工业废水,而且增加产品成本。为此,以菜籽油为原料,介绍了菜籽油制备生物柴油及水洗生物柴油的工艺方法,考察了水洗次数、水洗温度、水洗质量分数对粗生物柴油中游离甘油去除率的影响。通过单因素实验得出去除粗生物柴油中游离甘油的最佳工艺条件为:水洗至少5次,水洗温度40℃,水洗质量分数20%,为生物柴油工业化生产提供了参考依据。

木屑快速热裂解生物油特性及其红外光谱分析

该文以杨木木屑快速热裂解制取的生物油为原料,对其进行了理化特性研究及傅立叶变换红外光谱(FTIR)分析,同时和甜高粱茎秆残渣热裂解生物油的特性进行了比较。结果表明,木屑生物油含水率较低(25.01%),热值较高(20.62MJ/kg),常温下运动黏度为3.44mm2/s,密度、灰分含量和残炭值分别为1072kg/m3,0.305%,12.74%,且呈明显的酸性(pH=3.07)。随着温度的升高(25～100℃),木屑生物油运动黏度明显降低。木屑生物油的较低含水率和较高热值,使其在应用方面优于甜高粱茎秆残渣生物油。然而,从傅立叶变换红外光谱图上不同位置的吸收峰可以判断木屑生物油含有多种官能团,实际应用之前需要进一步的精制。

菜籽油碱催化酯交换法制备生物柴油工艺参数的优化

为获得最佳反应条件,在单因素试验的基础上,采用响应面法对菜籽油碱催化酯交换法制备生物柴油的工艺参数进行了优化试验,结果表明,预测酯交换反应过程中菜籽油转化率变化的回归方程拟合程度良好,最优工艺参数为:醇油摩尔比6.12︰1,催化剂用量0.9%,反应时间40min,反应温度57.74℃,并且在最优工艺参数下进行了验证试验,得到菜籽油转化率为97.43%,与预测值的误差为0.4%,小于5%。对生物柴油的组成成分进行了气相色谱/质谱联用(GC/MS)分析,结果表明,脂肪酸甲酯质量分数达到99.54%。因此,利用响应面分析法得到的最优工艺参数真实可靠,制得的生物柴油品质较好。

沼液追肥对小白菜生物学性状和产量的影响

通过沼液与水不同比例配比追肥,研究沼液不同施用浓度对小白菜生物学性状和产量的影响。结果表明:在苗期后第35天,施用沼液低量处理的小白菜的叶片宽、叶片长和叶柄长比其他各处理高,分别为50.37、58.17、26.34mm;沼液中量处理的小白菜的叶片数为9.6片,高于其他各处理。施用沼液显著提高了小白菜的产量,其中沼液高量处理产量最高,达730.921kg/667m2,增产97.74%。