生物质气化制备合成天然气技术的研究进展

生物质合成天然气(Bio-SNG)是一种可再生的绿色燃气,可混入现有天然气管网运输使用,也可用作车用燃料,其制备技术被认为是"第二代生物燃料"技术。本文对生物质气化合成天然气的主要技术工艺进行分析与总结,介绍了目前国内外发展现况,着重对已进行中试规模验证的技术工艺流程进行详细介绍。但目前该技术仍处于刚刚起步阶段,我国目前尚没有生物质气化合成制备Bio-SNG的报道,发展适合制备Bio-SNG的生物质气化、净化技术、尤其是开发可经受多种杂质成分的甲烷化催化剂及工艺技术仍是今后的重要研究方向,仍需要长期的探索和验证。

生物油模型化合物催化裂解机理

为探索生物油催化裂解反应特性和催化作用机理,该文采用HZSM-5分子筛催化剂在550℃对生物油典型模型化合物(羟基丙酮、乙酸乙酯、愈创木酚)进行了催化裂解反应,研究模型化合物催化裂解特性和反应机理以及催化剂失活性质。试验结果显示:不含苯环的模型化合物催化裂解液体产物以芳烃为主,含氧化合物含量较低;羟基丙酮和乙酸乙酯的裂化气体产物分别以CO和烯烃为主。酚类模型化合物催化裂解液体产物仍以酚类为主,芳烃次之,说明苯酚类物质结构相对稳定,气体产物中烯烃含量约30%。根据气液产物分布,推测生物油催化裂解过程主要发生脱氧和环化反应,并对芳烃和烯烃有较好的选择性,为探索生物油催化裂解机理研究提供了理论依据。

稻草与鸡粪配比对混合厌氧消化产气率的影响

为获得稻草与鸡粪混合厌氧消化较佳的原料配比,以稻草和鸡粪为原料,在初始挥发性固体(VS)负荷为6%和中温(37℃)条件下,考察不同的稻草与鸡粪VS配比(0:1、1:2、1:1、2:1、1:0)对混合厌氧消化过程的影响。结果表明,不同配比条件下厌氧消化均没有出现挥发性有机酸或氨氮抑制,整个发酵过程的pH值稳定在6.8～8.2;与稻草和鸡粪单独厌氧消化相比,混合厌氧消化能够显著提高原料产气率;在稻草与鸡粪VS比分别为0:1、1:2、1:1、2:1、1:0时,实际挥发性固体甲烷产率分别为212.43、240.45、250.28、206.09和178.03mL/g,实际平均甲烷体积分数分别为58.8%、50.5%、50.8%、49.2%和50.1%;C/N在11.2～47.5,甲烷产率和沼气产率的实际值与理论值之比(Ya/Ym)呈现先上升后下降趋势,在C/N为17.8时,Ya/Ym达最大值。在中温厌氧消化工程应用中,建议稻草与鸡粪VS比为1:1,或控制配比后混合原料的C/N约为17.8,设计发酵停留时间为23d,挥发性固体产气率为446mL/g。

碱/碱土金属对纤维素热解特性的影响

为了解碱/碱土金属(AAEM)及存在形态对生物质热解特性的影响,用4种金属的不同盐溶液浸渍微晶纤维素,进行热重分析和管式炉热解试验。结果表明,AAEM能够促进纤维素在低温下热解,降低热解速率并提高固体焦产率;能降低纤维素热解的表观活化能,活化能随AAEM含量的增加而降低;使热解气体中的CO及C2体积分数降低、CO2和CH4体积分数提高。4种金属元素对纤维素热解催化能力的顺序为:K>Na>Mg,Ca。碱金属的存在形态对其催化能力有影响,乙酸盐金属对热解反应温度、产物的影响显著大于氯化物金属,并使纤维素热解过程分为两段,增加热解气体中H2的含量,而氯化物金属会降低气体中H2的含量,其催化能力易受到添加量的影响。生物质中以有机结合态存在的碱金属对热解过程的影响大于以无机态存在的同种金属。生物质催化热解气化过程及产物分布受金属种类及其存在形态的影响。

造纸黑液中木质素的分离与结构表征

为了综合利用造纸黑液,分别采用H2SO4溶液和H3PO4溶液从黑液中沉淀粗木质素,并分别用苯-乙醇溶液和丙酮溶液对其抽提纯化.考察了采用不同酸沉淀及溶剂抽提对木质素得率的影响,并对黑液木质素进行了元素分析、傅里叶红外光谱分析、13C NMR以及1H NMR等结构表征.实验结果表明:采用不同酸沉淀及溶剂抽提得到的木质素结构相差不大,采用H2SO4沉淀及苯-乙醇抽提方法制备的苯-乙醇木质素得率最高;黑液木质素含有较多的愈创木酚-紫丁香酚单元结构,呈现明显的硬木木质素特征;在苯-乙醇木质素与丙酮木质素中,苯丙烷结构单元经验式分别为C9H12.61O1.1(OCH3)1.43和C9H13.33O2.10(OCH3)1.38,每个C9单元中的β—O—4键仅为0.28和0.27个,β—β键仅为0.15和0.11个;黑液木质素中羟基和羧基数量较磨木木质素丰富.黑液木质素具备多种活性官能团,表现出与磨木木质素不同的结构特征,应用前景广阔.

不同预处理方式对柳枝稷厌氧发酵性能的影响

以柳枝稷为原料,研究微波,蒸汽加热和NaOH预处理方法对柳枝稷的结晶度和纤维结构的影响,同时考察了预处理后的柳枝稷在中温时的厌氧发酵性能。结果显示:3种处理都可以降低原料的结晶度;微波和NaOH处理可以显著降低柳枝稷的中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维、木质素等含量;NaOH处理会降低粗脂肪的含量;蒸汽加热处理和原料的累积产气量(28486和28686mL)及产气率(453.60和456.79mL/g)接近,而NaOH预处理由于C/N较高、阳离子毒害作用和抑制物的作用使得厌氧发酵性能降低。可见预处理可以降低柳枝稷纤维含量,但是对厌氧发酵性能并无明显改善作用。

冰浆在蓄冰槽内的蓄冰特性及其均匀度研究

对动态冰蓄冷中蓄冰槽蓄冰过程的动态特性进行实验研究,分析了影响蓄冰形成富冰层形状变化的参数:入口冰浆流量、固相含量、初始液面高度及入口管布置。分析实验结果,总结实验规律表明:冰浆流量与固相含量对富冰层变形影响较大,其它因素次之;增大上述两参数能够有效提高堆积富冰层的均匀性,提高蓄冰槽的有效利用率。

秸秆供应成本分析研究

秸秆电厂原料供应包括田间收集、运输、装卸、预处理和储存子过程,本文在各子过程成本计算的基础上,把原料供应分成5种模式进行成本分析:中心料场直接收集散料模式、中心料场破碎收集模式、收储站破碎收集模式、收储站打包模式和成型颗粒模式。结果表明:成本从低到高依次为中心料场破碎收集模式、收储站破碎收集模式、收储站打包模式和成型颗粒模式。中心料场直接收集散料模式的成本则在到厂运输距离不长时最低,但受距离的影响也最大,当距离分别大于16、28和69 km时超过中心料场破碎收集模式、收储站破碎收集模式和收储站打包模式。成型颗粒模式关键在于降低制粒能耗。打包模式中打包处理降低的运输成本还不能很有效地补偿打包和装卸环节增加的成本。除成型颗粒外的其他4种模式,都是购买成本最高,然后是运输成本和田间收集装车成本。

基于Benjamin-Feir不稳定性的畸形波模拟

通过引入四阶非线性薛定谔方程,基于随机波列演化的Benjamin-Feir不稳定性,采用伪谱方法建立了二维深水波浪数值水槽来模拟海洋中的畸形波现象.为了验证该数值模型的有效性,计算了二维水槽中边带扰动随机波列的传播变形,通过比较数值和试验结果发现该模型可以很好地再现畸形波现象.

木质成型颗粒生命周期能量和温室气体排放分析

利用混合生命周期评估方法对木质成型颗粒的可持续性进行评价,结果表明:木质成型颗粒全生命周期的能耗为0.11MJ/MJ颗粒,其中直接能耗79%,间接能耗21%,所占比例最大的是颗粒生产阶段的电力投入和生产设施投入;颗粒全生命周期的温室气体(GHG)排放为215kg CO2-eq/t颗粒,颗粒生产电力消耗造成的排放最大,其次是颗粒燃烧直接排放;生物质成型颗粒具有良好的可持续性,能在节能减排中发挥重要作用。

基于二级酶失活模型的纤维素酶反应动力学

酶催化、失活机制的模糊以及影响异相体系因素的大量存在,使得纤维素水解的酶催化过程高度复杂,很难为之建立机理模型。假定纤维素酶失活模型为二级反应,由准稳态理论推导出最终产物葡萄糖浓度与时间,初始酶浓度关系的半经验半理论模型。该模型只含两个参数,能对试验数据很好的拟合,相关系数R2均在0.98以上。用Bailey改进的米式方程进一步拟合不同初始酶浓度下的初速度关系,相关系数R2=0.977 3,求得最大反应速度为2.742 5 g/(L.h),半饱和常数为3.010 6 g/L。该模型还表明酶失活速率常数随着初始酶浓度的增加而减小,呈线性关系。失活速度随着初始酶浓度的增加而增加。

竖直盘管直接蒸发内融冰式冰蓄冷空调融冰机理

以竖直盘管直接蒸发内融冰式冰蓄冷空调蓄冰槽内的传热过程为基础,利用热阻网络法和能量平衡建立了融冰过程的数学模型,对其融冰机理进行了理论分析。计算结果表明,融冰过程中蓄冰槽盘管出口的制冷剂温度随时间逐渐升高,但在后期存在一个因冰柱碎裂上浮导致自然对流瞬时得到强化从而引起的短时间轻微下降现象。另外,蓄冰槽内的传热系数经历了先骤然降低,然后维持稳定,最后又快速上升的过程。该现象与盘管外由于冰融化所形成的水环直径有关,水环直径越大,释放冷量的速度就越小。通过与实验数据的对比,验证了计算模型的合理性和准确性。