中国生物能源利用的思考

在国际能源价格大幅度涨、跌的情况下,国内在如何对待生物能源的利用上出现了截然不同的态度,知识界的分歧更多,影响了国家和企业对生物能源研究的投资方向和信心,也出现了不少盲目性投资。该文在统一生物能源基本概念和计算方法的基础上,对中国生物资源的有限性,时效性,生物能源研究的阶段性,经济性等问题阐述了作者的观点,提出了正确对待生物能源的基本思路,对统一认识,合理布局,推进生物能源发展有重要参考价值。

响应面法优化玉米秸秆蒸汽爆破预处理条件

在木质纤维素利用研究领域,高浓度还原糖的获得是实现其能源转化的基础。基于Box-Behnken试验设计,选取维压时间、蒸汽压强和碳酸氢铵浓度为主要影响因素,采用响应面分析法优化了玉米秸秆蒸汽爆破预处理的工艺条件,并建立了工艺数学模型。结果表明:最佳蒸汽爆破预处理条件维压时间227 s,蒸汽压强3.08 MPa,碳酸氢铵2.11%。爆破后的物料经48 h糖化,还原总糖浓度达到60.04 g/L,糖化率达到理论值(71.7 g/L)的83.7%,并验证了数学模型的有效性。试验结果表明蒸汽爆破预处理可以有效提高还原糖浓度。

中国固体生物质成型燃料标准体系

为了促进中国固体生物质成型燃料产业健康发展,该文对中国固体生物质成型燃料标准体系进行了研究。论文对国内、外固体生物质成型燃料生产和销售现状及国外同类标准体系进行了详细的调研、分析和研究,阐述了构建中国固体生物质成型燃料标准体系的必要性和迫切性,提出了构建中国固体生物质成型燃料标准体系的指导思想和原则,对构成标准体系的框架和内容提出了具体建议,并进行了分析。

玉米秸秆蒸汽爆破用于厌氧发酵的技术评价

蒸汽爆破可破坏木质纤维素结构,提高纤维素、半纤维素的转化利用率,是秸秆类物质利用的一种有效预处理方式。作者研究了玉米秸秆蒸汽爆破处理及其厌氧发酵过程中的能量平衡关系,结果表明相同维压时间下蒸汽爆破处理后玉米秸秆厌氧发酵过程中的能源转化率随着压力增大而增大,而在相同压力条件下均在90s维压时间时得到最大能源转化率。玉米秸秆蒸汽爆破后在常温条件下厌氧发酵的最小和最大能源转化率分别为8.39%和11.68%,是对照组的1.38倍和1.92倍。但对蒸汽爆破玉米秸秆厌氧发酵的增量效益-费用比分析表明,因玉米秸秆蒸汽爆破处理而引起厌氧发酵产气量增加所形成产气的能量增加量小于蒸汽爆破处理所消耗的能量,从能量转换角度来说蒸汽爆破并不是玉米秸秆厌氧发酵的最经济处理方式。

玉米秸秆与土豆混合厌氧发酵试验研究

为了解土豆作为玉米秸秆混合厌氧发酵底物对秸秆厌氧发酵转化效率的影响,在35℃条件下,采用批量发酵方式对玉米秸秆、土豆以及二者混合原料的厌氧发酵效果进行了对比试验。试验结果表明:在TS浓度为6%,玉米秸秆和土豆TS比为4:1条件下,混合原料的累积产气量为439mL/gTS,而玉米秸秆的累积产气量为309mL/gTS,混合厌氧发酵使玉米秸秆的产气量比其单一原料厌氧发酵提高了31.4%。因此,将易生物降解的原料作为秸秆混合厌氧发酵的底物可以提高秸秆厌氧发酵转化效率。

脂肪酶连续催化桐油酯交换反应制取生物柴油

为了提高酶法催化桐油制取生物柴油的生产效率,找到适合其工业化生产的工艺,该文探索了固定化脂肪酶连续催化桐油与甲醇酯交换反应制取生物柴油的连续反应工艺条件,在流化床反应器中、43℃的反应温度下,考察了反应液体积流量、脂肪酶填充密度、醇油摩尔比、反应连续时间等因素对单根反应器内连续酯交换反应的影响,得到了单根反应器连续反应条件:反应液体积流量为0.33mL/min,醇油摩尔比为0.75︰1,脂肪酶填充密度为0.15g/mL,酯交换率达22%;利用4根相同反应器串联操作,操作参数与单根反应器相同,油脂一次加入,在进入每根反应器前向反应液中加入油脂酯交换反应所需理论甲醇量的1/4,在该连续反应工艺条件下,桐油的酯交换率达到88%～92%。结果发现,本连续反应工艺条件比间歇反应具有更高的生产效率,可以应用于酶法制取生物柴油的工业化生产中。

光照度对酶解秸秆料液光合产氢的影响

为了提高光合细菌的产氢能力和光能转化效率,该文以高粱秸秆超微粉体酶解48h料液为光合产氢碳源,在反应温度30℃,光合混合菌群接种量为体积分数20%的条件下,研究了光照度对光合产氢过程中累积产氢量、产氢速率和光能利用效率的影响。结果表明:当光照度低于5000lx时,光合细菌的累积产氢量和光合产氢速率随着光照度的增大而增大,超过5000lx时累积产氢量和产氢速率反而减小,说明光合细菌的光合产氢存在一个类似于植物光合作用的光饱和点,当光照度超过光饱和点时出现光抑制现象。反映光能利用效率的光能增量影响系数的最大值出现在>1000～3000lx之间,说明该试验条件下从能量转换角度采用此区间的光照度比较合适。

秸秆沼气工程化对环境的影响及应对措施

秸秆沼气工程产生的沼液在储存和使用过程中会对周围环境构成污染,其主要表现为沼液储存过程中有害气体释放、沼液直排造成的水体污染、农田长期大量施用造成的重金属沉积和沼液渗滤造成的地下水恶化。完善秸秆沼气工程储液池结构减少有害气体排放、建设配套沼液后处理设施、科学施用沼肥、开发沼液增值产品是解决秸秆沼气工程环境危害和促使其健康发展的重要技术途径。

光合细菌生物制氢反应器的现状分析

光合细菌制氢反应器开发是光合细菌产氢由实验室研究向实际转化的重要阶段。文章对目前国内外光合细菌制氢反应器发展现状进行了比较,分析了光合细菌生物制氢反应器开发存在的主要问题,提出以太阳作主光源的多点分布式内置光源反应器是生产化反应器开发的重要途径。

添加消泡剂对光合细菌生长和产氢量的影响

消泡剂可以减少光合细菌产氢过程中泡沫的生成,防止泡沫对管道及外围设备的腐蚀。该文以磷酸三丁酯、十八醇、菜籽油和十二烷基苯磺酸钠作消泡剂研究了它们对光合细菌生长和产氢的影响,结果表明菜籽油和十八醇具有较好的消泡能力,并对光合细菌的生长和产氢有促进作用,其产氢体积分数分别比对照提高了5.4%和3.95%。磷酸三丁酯对光合细菌的生长有明显的抑制作用,十二烷基苯磺酸钠则降低光合细菌的增殖速度,使菌体达到最大菌体浓度的时间延迟了48h,并使产氢体积分数下降了17.88%。菜籽油适宜作物光合产氢过程的消泡剂,建议其经济添加体积分数为0.05%。

生物质成型燃料灶具的设计

针对目前广大农村使用的灶具因结构(尺寸)设计不合理而导致热效率较低,且使用过程中不能封火等问题,根据生物质成型燃料燃烧特性,通过科学计算,设计了一种结构合理且能封火的生物质成型燃料的灶具,为充分利用农村生物质能源提供了有效途径。

反应器顶部气体成分对光合细菌生长和产氢量的影响

研究了反应器顶部在CO2,N2,Ar和空气条件下对光合细菌生长和产氢量的影响.试验结果表明,光合细菌在Ar条件下具有最佳的生长和产氢能力,而N2、空气和CO2条件下的产氢量比Ar条件下分别减少了66.97%,11.64%,4.57%.当反应器顶部空气量由反应器容积的1/20增加至1/2时,其容积产氢率则由3.034 L.L-1下降到2.57 L.L-1,分别是Ar条件下的92.16%和76.07%.反应器初始状态下少量空气的存在并没有对光合细菌产氢产生完全抑制作用,因此连续制氢反应器设计中可以忽略少量空气的影响.

光合制氢反应器设计

光合细菌制氢反应器设计以内置光源多点分布式设计理念为基础,采用折流式结构,满足光合细菌高效产氢对黑暗/光照条件的要求。反应器有效工作容积为5.18 m3,使用太阳能提供光合细菌产氢所需的光照、热能和电能。聚光器将太阳光经聚焦降温处理后由照明光纤导入反应器内部,其有效采光面积为2.7 m2。太阳能真空集热器被用来为反应器提供热能,以维持光合制氢反应所需温度,其采光面积为6 m2,并配备电辅加热设计。为满足夜晚及阴雨天光照需要,采用高亮LED作为辅助光源,并以120 W太阳能电池为其提供电能。

蒸汽爆破对烟梗化学成分含量及显微结构的影响

为评价蒸汽爆破对烟梗理化指标的影响,采用蒸汽爆破技术对烟梗进行处理,分析了在不同压力条件下,蒸汽爆破对烟梗常规化学成分含量、香味成分含量以及显微结构的影响。结果表明:①蒸汽爆破处理使烟梗中的还原糖和总糖含量降低,最大降幅分别为21.63%和23.46%;②蒸汽爆破促使烟梗中苯乙醛、糠醇、5-甲基糠醛、2-乙酰基呋喃和糠醛等香味成分含量增加,增幅分别为34.25%,102.97%,380.49%,76.24%和139.39%;③蒸汽爆破使烟梗显微组织结构疏松至破损,细胞壁呈现不规则撕裂,部分出现明显断裂,同时细胞间隙和细胞器物质消失。

高效燃用生物质成型燃料新型炉膛的设计与研究

针对我国生物质锅炉燃烧效率低、积灰结渣严重的问题,设计了一种高效燃用生物质成型燃料的新型炉膛结构。为判断新型炉膛的运行水平,将该炉膛应用在额定蒸发量为1 t/h、额定蒸汽压力为1.25 MPa的蒸汽链条锅炉上,在8个不同过量空气系数(αpy)下,与传统炉膛进行燃烧效率、炉膛出口烟温、炉膛出口含氧量的对比试验研究。结果表明,在αpy=1.5时,新型炉膛的燃烧效率为97.04%,炉膛出口烟气温度为799℃,炉膛出口含氧量为5.2%,性能明显优于对比锅炉,证实设计的新型炉膛能实现生物质燃料稳定、持续、高效的燃烧。

蒸汽爆破梗丝对卷烟主要化学指标及感官质量的影响研究

为研究蒸汽爆破处理的烟梗梗丝对卷烟化学指标、烟气指标及感官评吸质量的影响,对6个梯度添加爆破梗丝的卷烟样品进行了对比试验.结果发现:①梗丝蒸汽爆破处理后,香气量有所增加,木质气、刺激性和灼口程度有所降低;②随梗丝添加量的增加,卷烟的总糖、还原糖、果胶、总植物碱和蛋白质的含量逐渐降低,纤维素、钾和总有机酸的含量逐渐增大,卷烟主流烟气的总粒相物、焦油量、烟气烟碱量逐渐降低;③爆破梗丝添加量小于20%时,不会对卷烟个整体感官质量造成明显的不良影响.

采用蒸汽爆破处理技术降低卷烟主流烟气中氨释放量的研究

为降低卷烟主流烟气中氨释放量,采用蒸汽爆破技术对会理地区红大B2F等级烟丝进行处理。考察了在不同压力条件下,蒸汽爆破对烟丝常规化学成分以及主流烟气中氨释放量和感官品质影响。结果表明蒸汽爆破处理可使烟丝主流烟气中氨释放量明显降低,最大降幅为20.54%;当蒸汽爆破压力为0.4 MPa时,在降低烟丝主流烟气中氨释放量之外,卷烟感官品质也得到一定改善。

玉米秸秆复合菌兼氧预处理产热特性分析

为了更加有效地利用玉米秸秆复合菌兼氧预处理环节所产生的生物热,探究预处理过程中反应装置内部及反应堆体的产热特性及温度场分布,利用自制秸秆类生物质兼氧预处理反应器对玉米秸秆进行了复合菌兼氧预处理。凭借微元体的能量守恒规律,结合实验中采集的温度数据以及各项参数,利用多项式拟合理论和Origin数据分析软件拟合得到内热源与时间的关联经验公式,并利用FLUENT软件在二维空间内建立其物理模型,结合实验得到的约束条件及相关的数学模型对反应装置内部及反应堆体温度场分布进行模拟分析,进而形象地模拟出复合菌预处理过程中反应器内部物料温度场的分布以及流动的相关动态及规律。实验表明,模拟的温度场实时分布及变化过程与实验测得的结果基本吻合,从而验证所建立的数学模型是准确且可靠的,为生物法复合菌预处理过程中生物热的研究与利用提供理论支撑。