膨化玉米秸秆的酶解糖转化特性研究

对经过机械膨化一次和二次后的玉米秸秆进行还原糖酶解转化特性分析。扫描电镜观察秸秆微观表面结构表明,膨化后秸秆的结构明显松散;X射线衍射测试得出一次与二次膨化后的原料结晶度分别降低14.14%和21.61%;红外光谱分析纤维素、半纤维素与木质素的特征化学基团分析表明,其结构均发生一定变化。进一步的酶解糖化试验得出,一次膨化与二次膨化后的原料还原糖产率分别为0.24g/g和0.29g/g;并应用离子色谱对酶解糖液进行分析,其中葡萄糖占总糖产量的72.12%,木糖占总糖产量的22.63%,计算得出纤维素的糖转化率约为70%,半纤维素的糖转化率约为30%。

高当量比生物质氧气气化试验研究

以固定床气化炉为反应器、秸秆成型燃料为原料、纯氧为气化介质，通过改变进氧气量来调节气化当量比，试验研究高当量比（0．31—0．40）对气化结果的影响。发现随着当量比的增加，气化反应温度逐渐升高、碳转化率和气体产率逐渐增加、产出气热值逐渐降低、产出气中焦油含量逐渐降低。试验结果表明：高当量比生物质氧气气化的方法可行；通过增大当量比的方法提高反应温度，可有效降低产出气中的焦油含量。

固定床生物质富氧气化中试实验研究

以木块为原料,利用下吸式固定床气化器进行富氧气化的中试实验。研究不同气化剂、富氧浓度以及气化温度对气化结果的影响。分析富氧气化使气体热值升高的原因以及影响气化产出气中CO2含量的因素。结果表明,随富氧浓度的增加,热值呈上升趋势,较空气气化热值增长1倍,产出气中CO、H2明显增加,但富氧浓度超过90%后对气体热值的贡献不大;产出气中CO2含量受富氧浓度、当量比以及当量比对气化温度及其气体热值的影响;同时针对物料特性和气化器本身材料的限制得出了该炉型的适宜气化温度为1100℃。

半连续两相厌氧发酵工艺处理蔬菜废弃物产沼气研究

通过一款自行设计的两相厌氧发酵装置，以半连续进料的方式对蔬菜垃圾产沼气情况进行研究。结果表明：在酸化相阶段，温度的升高有利于产酸反应的进行，35℃下，总挥发酸（乙酸、丙酸、异丁酸、丁酸）在酸化时间第3天时获得最大产量6892mg／L，其中乙酸含量为4589mg／L，达到66．58％，主要为乙酸型发酵，pH值在酸化开始后不断下降至3．42，于第9天逐渐回升并保持在7．0以下。氧化还原电位（ORP）随酸化时间的延长总体趋势逐渐降低。35℃的产酸效果和停留时间均优于25℃时。甲烷相的最佳有机负荷率为3．0～3．5kgVS／（m^3·d），平均SCOD去除能力在92％以上，平均沼气产量为O．59m^3／kgVS，甲烷产量为0．36m^3／kgVS，日容积产气率最高为2．6m^3／（m^3·d）。

黑曲霉(AS0006)产纤维素酶的纯化研究

利用实验室中黑曲霉菌株AS0006进行粗酶发酵,对产出的纤维素酶液进行不同饱和度(NH4)2SO4的分级沉淀,经过Sephadex G-25、Sephadex G-100分离纯化后,得到两种内切酶(EG)组分、一种外切酶(CBH)组分。通过酶活性及电泳检测发现,两种EG酶组分的相对分子质量分别为29.63 kD、37.49 kD,CBH酶组分相对分子质量为56.51 kD。相较原始粗酶液,EG回收率可达18.07%、纯化倍数为3.46,CBH回收率可达12.96%、纯化倍数为4.14,β-葡萄糖苷酶(CB)回收率可达22.37%、纯化倍数为3.58。

鼓泡流化床生物质富氧气化中试试验研究

以鼓泡流化床为中试反应装置、木屑为原料,试验研究布风板开孔率、床料粒径、床料高度、最小流化速度以及气化介质等对气化结果的影响。结果表明:孔径和开孔率分别为Ф2 mm和0.50%的布风板布风效果较好;床料粒径为0.18~0.25 mm的石英砂,床料高度为140 mm时床内流化效果较理想;最小流化速度受床料粒径和升温速率影响;初步试验测得,富氧气化比例为50%时热值可达9.6 MJ/m^3。

生物质鼓泡床富氧-水蒸气定向气化实验研究

以制备合成气为目标，采用自供热鼓泡床对木屑进行提高H／C的富氧．水蒸气定向气化实验。分析当量比（ER）、水蒸气配比（S／B）、富氧浓度（OC）变化时对产气各组分及H2／CO（H／C）的影响。结果表明：相同O2浓度和水蒸气配比条件下，当量比在一定范围内越高，H／C越高；产气H／C主要受水蒸气配比和O2浓度的影响；自供热鼓泡床富氧－水蒸气气化工艺中，制备合成气最佳工艺条件：O2浓度为60％-70％、当量比为0．33．0．38、水蒸气配比约为0．56，对应最佳H／C为1．13。

秸秆中钾元素对生物质成灰特性的影响研究

为研究秸秆中钾元素对生物质成灰特性的影响,利用马弗炉制取玉米秸秆灰样,采用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)及灰熔点测试仪对灰样进行分析,并分别研究K2CO3和KOH对灰熔融特性的影响。结果表明,由于生物质在燃烧过程中有机物的燃烧和挥发份的析出,及K元素在高温条件下易析出并主要以颗粒形式存在于灰的外表面,K元素具有可明显增加粘结性的特点,与Si、Ca氧化物粘结附着于灰表面形成孔洞;高温状态下K2CO3、KOH与酸性氧化物反应生成低熔点物质;分析可知钾(K)元素是影响灰熔点的重要因素,酸洗预处理可使灰熔点升高;当秸秆灰中K元素含量约为30%时,灰熔点达到最低值。

高性能冷凝水回收控制系统的研究与设计

针对不同规模的冷凝水回收系统 。

太阳能与发电余热复合沼气增温系统设计

为了实现大中型沼气工程在北方寒冷地区的应用推广。该文针对北方寒冷气候特点,以哈尔滨双城市沼气工程为例构建了1套太阳能—发电余热中温厌氧发酵增温系统,阐述了该增温系统的设计原理,并对沼气发酵热负荷、发电机组余热回收利用率、太阳能集热装置热效率等关键参数进行了理论计算。计算得出该沼气工程全年平均每日热量的损失为6659.2 MJ,太阳能—发电余热中温厌氧发酵增温系统全年平均每日集热量为7017.6 MJ。通过对增温效果与该工程的热量损失进行对比,表明12、1、2月份系统需沼气发电机组额外提供372.2、369.4、208.3 kWh电量增温,其余月份系统可以实现发酵工程每日热量损失的补充,保证该工程的稳定运行。在8月份对示范工程的一次发酵罐体进行了增温效果测试,表明该增温系统在28 d左右可将该发酵罐内物料温度提升到中温发酵水平。该文为北方寒冷地区大中型沼气增温保温设备的配套建设提供参考。

餐厨垃圾和牛粪混合厌氧发酵工艺优化

在前期单因素试验的基础上,采用二次回归正交旋转组合设计,以总产气量为响应值,研究餐厨垃圾与牛粪质量比、温度、pH值、接种物与原料质量比4个因素对餐厨垃圾和牛粪混合厌氧发酵的影响,建立了产气数学模型,并对模型进行了优化及降维分析。通过上述试验研究,得到最佳工艺条件为:餐厨垃圾与牛粪质量比为2.5,温度37.5℃,pH值7.0,接种物与原料质量比为4;4因素影响主次顺序依次为接种物与原料质量比、温度、餐厨垃圾与牛粪质量比、pH值;通过验证分析,模型预测值与试验值之间误差较小,方差分析不显著,模型拟合较好。

寒冷地区沼气工程增温保温能量效益分析

针对北方寒冷地区气候特点,分析沼气工程运行过程中的热损失因素,包括罐体不同部位的散热、进出料过程热交换损失、加温循环管的散热等。研究沼气锅炉、太阳能、发电机组余热等增温方式,并分析不同增温方式的热利用效率。以哈尔滨双城市沼气工程为例,计算该工程不同因素的总热量损失,得出冬季和全年平均每天的热能损耗分别为14694.39和12185.68 MJ。通过分析该工程中几种增温方法,得出冬季和全年平均每天维持工程正常运转还需增加的热能分别为3887.20、1377.36 MJ。计算工程消耗热能与产生沼气热能,该工程在冬季和全年产生沼气的能量效益分别为43.12%、52.84%。

产纤维素酶菌株的选育分析及发酵工艺优化

对实验室6株产纤维素酶菌株进行酶活特性研究.首先通过观察纤维素平板的酶溶解透明圈大小进行初步分析,比较6株菌种子发酵液中纤维素酶含量.再根据不同种纤维素酶作用的底物化学键的不同,分别测定菌株的滤纸酶活(FPA)、纤维素内切葡聚糖酶(CMCase)活、纤维素外切葡聚糖酶(CBH)活和β-葡萄糖苷酶酶活,发现菌株中黑曲霉的各产酶指标均高于其它菌株.根据Box-Behnken原理对黑曲霉发酵工艺进行优化设计,得到最适碳源稻草粉含量9.47 g.L-1、麸皮含量49.33 g.L-1,氮源中(NH4)2SO4含量为2.0 g.L-1,发酵后黑曲霉产生的滤纸酶活力达到76.72 U.mL-1,比优化前酶活力提高88.69%.

机动车燃用生物质气化气的行驶与排放特性

分别以生物质空气气化气和富氧气化气作为机动车燃料,从行驶和排放特性2个方面进行了试验研究。结果表明:相同条件下,燃用生物质空气气化气行驶里程是富氧气化气的1/3,燃用生物质富氧气化气的行驶里程是天然气的1/3;燃料(气体组分)变化对机动车尾气中一氧化碳排放影响较小,过量空气系数对一氧化碳的排放量具有决定性作用;以生物质空气气化气作为发动机燃料时,碳氢化合物排放量较低,以生物质富氧气化气作为发动机燃料时,碳氢化合物排放量较高,但排放趋势相似;燃料(气体组分)变化对氮氧化物排放起决定性作用;而温度是影响热力型氮氧化物排放的主导因素。生物质气化气是一种清洁、可再生的代用燃料。

立式连续干发酵装置的设计与产气特性

该研究设计的立式连续干发酵装置的几点特色包括搅拌升温调节罐、多点分布式进料、立式连续干发酵反应器和熟料回流混合过程,形成一种高固体浓度有机废弃物制取生物燃气的工艺方法及其发酵系统,可实现沼气工程的快速启动、厌氧发酵罐内无需搅拌、且节能,节水,减少沼液沼渣的排放量,保护环境,降低成本。采用上述设计的反应器进行发酵试验,研究熟料回流对产气特性的影响得出,应用回流的各组挥发性脂肪酸(volatile fatty acids,VFA)都有所降低,且回流比为1:7的VFA含量最低,氨氮没有累积,C/N接近25,产气效果最好。回流比1:9组,VFA含量累积最高,同时出现氨氮抑制产气的现象,所以得出熟料回流量过多,厌氧发酵系统就会受到抑制,且熟料回流对沼气中甲烷含量没有显著影响。

利用自制设备转化废弃油脂制备生物柴油

为了满足小型用户就地生产、使用生物柴油的需求,利用自主研发的集成式生物柴油生产设备进行了废弃油脂转化生物柴油加工示范。该设备的反应过程主要包括2个工艺:反应工艺A,反应温度60℃,甲醇加入量10%,浓硫酸加入量1%,反应时间5h;反应工艺B,反应温度60℃,浓硫酸加入量0.1%,甲醇加入量4%,反应5h后加入NaOH0.8%,甲醇12%,继续反应1.5h。针对不同品质的废弃油脂分别采用不同的工艺路线:当废弃油脂酸值及含水率较大时,先采用A工艺,降低酸值和含水率,再进行B工艺;当废弃油脂酸值及含水率较小时,仅采用B工艺。设备的工艺路线适用于不同酸值的废弃油脂,生物柴油产率达95%以上,产品符合国家标准。

酸碱预处理后玉米秸秆的酶解工艺优化

对玉米秸秆进行酸碱预处理,在单因素实验基础上,以还原糖转化率为影响值设计正交实验,研究温度、pH值、液固比、酶浓度及酶解时间5因素对纤维素酶解过程的影响。得出玉米秸秆酶解最佳工艺条件为:温度48℃、pH值4.6、液固比20、酶浓度55 U/g;酶解时间44 h。在此工艺条件下还原糖转化率达到80.97%。结合红外光谱对秸秆中各组分特征基团分析表明,膨化后的玉米秸秆酶解的纤维素基团特征峰变化更为明显。

升温方式对中试鼓泡流化床气化过程的影响

为了研究中试鼓泡流化床升温过程特性,试验以木屑为原料,处理量50kg/h的自供热中试鼓泡流化床为反应装置,采取3种不同的升温方式进行空气气化试验研究。升温过程分别采用木屑、木屑与木炭混合、木炭为加热原料,针对气化前期系统升温过程中的气化温度、焦油含量、气体品质及最小流化速度进行了研究。结果表明:采用纯木炭的升温方式效果较为理想;气化主反应区温度控制在900℃以上,温度及升温速率的提高有利于减少焦油生成量,实测焦油含量为1.15g/m3;空气气化时热值可达6.9MJ/m3;最小流化速度受床料粒径和升温速率影响。该试验可为自供热中试流化床试验平台的升温方式提供一种设备简单,操作方便、快捷,经济性好的新方法。