绑定机构
扫描成功 请在APP上操作
打开万方数据APP,点击右上角"扫一扫",扫描二维码即可将您登录的个人账号与机构账号绑定,绑定后您可在APP上享有机构权限,如需更换机构账号,可到个人中心解绑。
欢迎的朋友
万方知识发现服务平台
获取范围
  • 1 / 34
  (已选择0条) 清除 结果分析
找到 675 条结果
[硕士论文] 贾雨川
机械工程 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:能源对当今社会经济发展起着重要的作用,而传统的化石能源因其保有量以及污染环境等因素,迫使人们逐渐发展新型能源。我国的新能源研究主要集中在潮汐能、太阳能、核能、风能、生物质能源等。目前,像风力发电、水力发电等已经拥有较为成熟的技术基础,而其中生物质能源中的生物柴油因其可以直接利用现有的设备,成为了近期发展的重要方向。
  微藻具有培养成本低、易生长、含油量高的特点,逐渐成为制备生物质能最适合的原料之一。相比开放式培养微藻,封闭式培养——光生物反应器具有培养密度高、易于控制且卫生条件高等特点被广大学者研究,而管式光生物反应器因其光照面积比高、易于搭建以及成本较低等优点被广泛关注,但目前仍然存在着气液混合效果差、光暗循环周期低、管壁遮光现象严重等问题。
  本文对小球藻培养技术、光生物反应器种类以及影响小球藻培养的因素进行介绍,并在传统管式光生物反应器管路中加入无动源式组合转子,一方面增强管内气液混合效果,使小球藻快速进入对数期,另一方面加大小球藻藻液流体湍流程度,加剧对管壁的冲击,使其减缓小球藻附壁现象产生,此外由于转子的转动加大了管内藻液径向流动,极大的提高了小球藻光暗循环周期。
  本文设计并搭建小型组合转子管式光生物反应器,通过初步实验发现,加入组合转子后,小球藻光密度、比生长速率均高于光管培养,此外光暗周期为18∶6实验组中的OD值和比生长速率分别比光暗周期为24∶1的对照组高17.1%和0.66%。因此,组合转子对于小球藻培养具有积极作用,且提高光暗循环周期同样有益于小球藻的生长。
  通过初步实验探究,本文设计并搭建了立式组合转子管式光生物反应器,并通过MATLAB软件,对管内流量和转子转速的关系进行拟合,得出组合转子转速对于微藻培养以及光源利用效率的影响。转子转速为270RPM时,比转子转速为148RPM的(OD)光密度值、比生长速率和生物量分别要高37.07%、12.3%和38.4%。
[博士论文] 叶结旺
林业环境与能源工程 中国林业科学研究院 2018(学位年度)
摘要:生物质的催化液化是生物质资源高效利用的重要途径,其主要产物一般具有较高含氧量,需进一步进行选择性加氢/脱氧处理,转化为液体燃料和精细化学品。目前氢气的主要来源仍是化石资源,如何避免使用贵金属催化剂,并减少直接使用氢气,实现生物质液化过程的可控加氢朋兑氧,对于提高生物质液化产物的品质具有重要的现实意义。针对当前生物质催化液化及其衍生的不饱和化合物在选择性催化加氢/氢解过程中存在的共性问题,诸如目标产物选择性低,液化效率不高,易结焦,反应条件苛刻;催化剂成本高,易失活,稳定性差、活性组分易流失和团聚等,本论文采用廉价的CuNiMgAl复合金属氧化物(Cu/Ni-CMO)为催化剂,在甲醇介质中通过原位加氢,实现温和条件下生物质的液化和液化产物的选择性催化加氢转化为可再生液体燃料和高价值化学品。
  1.采用共沉淀法,以类水滑石为前驱体制备了Cu/Ni-CMO催化剂。分别采用ICP、XRD、BET、H2-TPR、CO2-TPR等对催化剂的结构和性能进行了分析表征。XRD分析显示CuO、NiO在催化剂中均匀分散;TPR和N2O滴定分析表明Ni的掺杂有助于CuO的还原,提高Cu的分散度,增加催化剂表面碱性位的数量。
  2.以竹粉为原料,探宄了甲醇介质中,反应条件对Cu/Ni-CMO催化竹粉液化反应的影响。竹粉的液化产物以醇类、酮类以及烃类产物为主(以Cu0.5Ni0.5Mg3Al-O为催化剂,在280℃下反应8h,总收率为71.7%),Cu/Ni-CMO比Cu-CMO催化剂更能够促进液化产物的定向分布,表现出了更优异的氢解和加氢活性。甲醇的超临界温度是影响液化产物组成与分布的关键因素。醇类和烃类产物在Cu/Ni比为1∶1时有最大值,而酚类和酯类产物的量最少。从促进竹粉液化产物的定向分布来看,Cu和Ni共掺杂表现出了一定的协同催化效应。气体产物的GC分析表明Cu/Ni-CMO催化剂能够促进甲醇的裂解反应,为竹粉的液化过程中的氢解和加氢/脱氧反应提供了氢源。
  3.以微晶纤维素为原料,研究了不同反应条件对Cu/Ni-CMO催化纤维素解聚反应的影响。纤维素解聚产物中醇类产物的收率在80%以上,低聚物的量显著减少,且几乎没有焦炭生成。催化剂表面的碱性位与超临界甲醇的溶剂化效应,是导致纤维素大分子中的糖苷键断裂的主要原因。催化剂中形成的Cu0和Ni0活性物种,可以有效地催化纤维素解聚形成的葡萄糖和低聚体中C-C和C-O的裂解,随后进一步氢化生成醇或多元醇。
  4.针对木质素结构复杂多变的特性,我们首先研究了工业碱木质素的解聚特性。Cu/Ni-CMO催化剂在超临界甲醇介质中能够有效地促进木质素的解聚。通过GC-MS分析可知碱木质素解聚单体产物主要包含C6-C9的酚类、醇类以及烃类,其中以单环酚类和芳香族醇类产物为主。为了深入探讨甲醇在木质素解聚过程中的作用,以均一性较高的P1000木质素为对象,研究了Cu/Ni-CMO催化下P1000木质素的解聚行为。结果表明使用甲醇为溶剂比乙醇更能有效地促进木质素解聚过程中的相关反应,获得更高的单体产物收率。Cu/Ni-CMO催化剂在木质素解聚反应中表现出了优异的加氢/脱氧和较低的环上加氢活性。基于反应进程的影响研究发现重聚反应主要发生在反应的早期,之后解聚反应占主导地位。
  5.综合运用1H-NMR,2D HSQC NMR、GPC以及GC×GC-MS等分析手段,跟踪了木质素在解聚过程中的结构变化,结果表明木质素解聚和重聚在反应过程中同时发生,分别产生解聚的木质素片段和重聚的木质素片段。发现酚羟基是重聚和焦炭形成的主要参与者。甲醇不仅作为供氢溶剂,而且作为封闭剂,可通过羟基的O-烷基化或芳环的C-烷基化保护高活性酚中间体,从而抑制了重聚反应。
  6.基于CMO催化甲醇的裂解反应和DFT理论分析可知,H2的产生是Cu0和Cu+物种共同作用的结果:Cu0物种使得甲醇中的O-H裂解成CH3O,进一步裂解生成HCHO。Cu+物种将Cu0上产生的HCHO分解成CO和H2。
  7.基于苯酚为模型反应物的催化反应和纤维素、木质素的解聚反应,明确了催化剂中活性金属的催化作用。Cu和Al活性位点是构成芳族化合物烷基化的路易斯酸活性位点。Cu和碱性位点的结合具有催化甲醇裂解和脱氢反应的活性,同时也是催化醇醛缩合和酯化反应的活性位点。
  本论文开展的工作为建立甲醇原位供氢体系中生物质的液化/解聚提供了可靠的实验依据,同时为全面阐明生物质液化过程中的反应机理提供了理论参考。
[博士论文] 冯君锋
生物质能源与材料 中国林业科学研究院 2018(学位年度)
摘要:中国拥有丰富的生物质资源,将这些资源进行合理利用,可以缓解我国对煤、石油和天然气等不可再生能源需求的压力,保护环境、减少有害气体排放。液化技术作为一种重要的利用技术,可将固态生物质转化为液态产物,进一步处理可转化为高品位清洁能源和高附加值化学品。本文以常见的竹子、杨木等6种速生木质纤维生物质原料为对象,研究木质纤维生物质定向液化的过程机理,揭示生物质降解产生混合糖苷和解离木质素两类重要平台化合物的演变规律,探索糖苷平台化合物可控转化为乙酰丙酸酯类燃料添加剂的形成机理,及酚类平台化合物提质转化为液体燃料的演变方法和机制,为生物质资源高值化利用提供理论依据。主要研究内容和研究结果归纳如下:
  1.考察不同生物质原料在不同溶剂体系的液化所得产物的成分,探索生物质液化的过程机理。以6种生物质原料为研究对象,对比采用单一溶剂和复合溶剂,进行生物质直接液化实验探索研究,结果发现,以竹子为原料、采用甲醇单一溶剂直接液化,产物易于分离,获得甲基糖苷相产品的主要成分为己糖苷类化合物,占83.38%;酚类物质相产品的主要成分为4-乙基-2-甲氧基苯酚和3,4-二甲氧基苯酚等,占65.79%。探索液化过程机理发现,在以醇为溶剂、酸为催化剂的条件下,生物质中的纤维素首先降解为烷基葡萄糖苷,进而脱水生成烷氧基甲基糠醛,烷氧基甲基糠醛可醇解生成乙酰丙酸酯;生物质中木质素的醇解过程中,连接愈创木酚基丙烷、紫丁香基丙烷和对羟基苯基丙烷等基本结构单元之间的键容易发生断裂,不同的断裂方式会生成不同结构的酚类化合物。
  2.分别以甲基糖苷和乙酰丙酸甲酯(MLA)为目标产物,探索生物质中的纤维素、半纤维素的定向协同转化机制。当以甲基糖苷为目标产物时,6种生物质原料定向液化得到的甲基糖苷相得率均为原料质量的40 wt%左右,甲基糖苷类产物主要为甲基葡萄糖苷和甲基木糖苷,分别来自于纤维素和半纤维素的甲醇酸解,进一步醇解可以转化MLA。当以MLA为目标产物时,使用二甲氧基甲烷/甲醇作为复合溶剂,在酸性催化剂的作用下,纤维素、半纤维素结构单元中的C5和C6糖通过一锅法醇解,定向协同转化为MLA,且以竹子定向转化的MLA目标产物得率高(为40.98%)、副产物含量少。基于GC-MS分析结果,提出半纤维素和纤维素协同催化转化成MLA的反应途径:甲醇作为反应物可促进半纤维素和纤维素的醇解,并抑制副产物(糖/呋喃)的聚合和乙酰丙酸/酯的羟醛缩合;二甲氧基甲烷作为亲电试剂可将糠醛转化为5-羟甲基糠醛。
  3.以酚类化合物为目标产物,对比定向液化和微波液化两种液化方式,探索生物质中木质素的定向转化机制。研究发现,定向液化结果优于微波液化,在最佳反应条件下,竹子转化率为82 wt%,分离得到酚类化合物最高得率为63 wt%。基于GC-MS分析结果,提出木质素定向转化为酚类化合物的反应途径:木质纤维生物质原料中的木质素是由苯丙烷结构单元构成,而连接苯丙烷结构单元之间的Cα-Caromatic键在醇、酸存在的条件下,酚羟基和甲醇中甲氧基由于供电子效应而易发生断裂,最终生成苯酚、愈创木酚等不同的酚类化合物。
  4.综合以糖苷类化合物和酚类化合物为目标产物,在不同反应条件下开展液化条件实验,探索生物质原料三大组分定向转化的平衡机制,并研究液化产物逐级萃取、分步分离的方法。研究发现,在最佳反应条件下,6种生物质原料的液化转化率约为78~86wt%,产物萃取分离后,单糖衍生物和3类酚类化合物的得率分别为39%~45%和28%~32%,说明该实验条件可用于广泛应用于生物质定向液化及产物逐级分离实验。通过GC-MS、2D HSQC等分析表明,生物质原料在定向液化过程中,酸催化剂直接作用于纤维素和半纤维素结构单元中的糖苷键及木质素中的β-O-4、4-O-5和苯丙烷结构单元,半纤维素的降解产物C5糖衍生物和木质素的降解产物酚类化合物首先溶解在溶剂中,然后纤维素中非结晶区降解产物才溶解。纤维素中结晶区是定向液化转化最困难的部分。
  5.采用双官能团催化剂和原位加氢脱氧相结合,对液化产物中的3类酚类化合物进行提质,探索液化产物提质的有效途径。在以多种单酚化合物和酚类二聚体化合物为原料进行探索实验的基础上,采用Raney Ni与HZSM-5双官能团催化剂,考察3类酚类化合物在甲醇和水中的原位加氢和催化脱氧提质效果,阐明酚类化合物的原位加氢脱氧机理。研究发现,Raney Ni与HZSM-5双官能团催化剂在3类酚类化合物的原位加氢和催化脱氧过程中表现出高选择性,产物中的环己烷和烃类化合物得率较高。GC-MS分析表明,Raney Ni可实现甲醇和水原位重整制备高反应活性的氢自由基,氢自由基与酚类化合物原位加氢反应生成环己醇类化合物;HZSM-5可实现环己醇类化合物脱水生成环己烯类化合物;环己烯类化合物在Raney Ni催化作用下加氢生成环己烷类化合物。
[硕士论文] 王静
动力工程及工程热物理;热能工程 南京师范大学 2018(学位年度)
摘要:生物质预处理是热解前的加工环节,会对生物质的物化特性产生一定的影响,从而改变生物质热解过程及其产物的分布与性质。其中微波预处理以其快速、均匀、节能等特点而深受关注。农作物秸秆的高效率预处理是将其进一步转化成可用燃料的一个关键前提,也是有效控制热解产物特性的方法之一。本文在总结已有微波与化学法相结合的生物质预处理研究基础上,选择微波分别与去离子水、氨水稀溶液相结合的预处理方式,采用玉米秸秆作为原料,进行秸秆的微波预处理及其热解特性的研究,以期能够在探索提高生物质热解产物品质和产量的预处理技术方面做出一定的贡献。
  采用微波预处理和氨水预 处理后的玉米秸秆样品,与原样进行物化特性的分析对比。SEM和比表面积的测试结果表明,180℃、30min的微波预处理破坏了玉米秸秆的整体结构,有效增大了原料的比表面积,丰富了样品的孔隙结构。元素和组分分析表明,微波预处理造成O/C比值的降低和H/C比值的增加,提升了原样的高位热值,提高了玉米秸秆中纤维素的含量,并且加剧了半纤维素的分解。FTIR和XRD测试结果显示,三种预处理方法都对玉米秸秆官能团与结晶度产生一定影响,破坏了原料的化学结构,而破坏作用的强度顺序为:MAS>AS>MW。
  采用热重红外联用技术对比分析了玉米秸秆原料以及经过不同预处理后样品的热解行为特性。相对于预处理后样品的热解过程,玉米秸秆原样热解的最终固体残留物质量最高,而最大失重率(DTGmax)的提高,也都说明了预处理有利于玉米秸秆样品的降解,其中微波预处理的效果更佳。红外吸收光谱仪对玉米秸秆热解过程中的挥发分产物进行实时监测发现谱图中吸收峰较多,说明在热解过程中得到的热解产物种类众多,并且经过预处理的样品热解挥发分产物的析出峰峰值减小,乙酸等物质含量降低。另外,通过等转化率法以及Malek法求得玉米秸秆预处理前后样品热解的表观活化能、频率因子和反应机理函数,也能得到一致的结论。微波预处理降低了热解的活化能,使得反应更容易发生。
  运用热裂解色谱质谱联用技术探究了玉米秸秆预处理前后样品热解的产物组成和产物分布。玉米秸秆热解的主要挥发性产物可以大致分为酸类、酮类、酚类、醛类、呋喃类和酯类。酚类化合物是所有样品中最主要的化学组分,酮类产物也十分丰富。经过预处理的样品,酚类物质含量减少。预处理可以促进纤维素和半纤维素的环形切割以形成轻醛,增加了醛类物质的含量。此外,微波预处理影响了半纤维素与纤维素之间的相互作用,从而对呋喃的形成具有积极作用。热解之前对玉米秸秆样品进行预处理,使得酸类含量大幅下降,尤其是乙酸在经过微波氨水预处理后被彻底去除,而酯类物质含量的增加则进一步说明微波预处理能够有效提升生物质热解产生生物油的品质。
[硕士论文] 赵甜甜
动力工程及工程热物理;热能工程 南京师范大学 2018(学位年度)
摘要:生物质催化热解是将低品位生物质能转变为液体燃料的有效途径之一,是生物质在无氧或缺氧条件下加入催化剂反应,最终生成生物油和可燃性气体的过程。生物质热解产生的生物油,可以作为燃料使用。但是生成的生物油成分复杂,热值较低、酸性强且不稳定,从而限制了生物油的大规模使用。添加合适的催化剂可以改变生物质的热解过程从而改善生物油的品质,因此寻找适当的催化剂是至关重要的。同时还需要从生物质热解过程机理着手,诱导生物质的热解过程朝着期望的方向进行。本文基于生物质的成分构成,对生物质组分催化热解的机理进行了较为系统的理论和实验研究。
  本文采用分子筛硅铝源法结合两步晶化法制备微孔-介孔复合分子筛催化剂,并比较了它与商业购买的β(微孔分子筛催化剂)、MCM-41(介孔分子筛催化剂)的物理结构和化学性能。采用商业购买的微晶纤维素和木质素磺酸钠作为原料,通过热重傅立叶红外联用技术(TG-FTIR)对比分析了它们在不同催化剂作用下以及没有催化剂作用下的热解行为。研究发现不论是微晶纤维素还是木质素磺酸钠,相比之下催化热解过程的最终残留物较少,说明添加催化剂有助于它们的降解。另外,通过等转化率法、Popescu法结合双外推法求解纤维素、木质素催化热解过程中的表观活化能(E)、指前因子(A)和反应机理函数。计算结果与热重分析结果相对一致:加入催化剂以后纤维素和木质素热解的表观活化能有所降低,并且自制的复合分子筛催化剂更大程度地降低了纤维素以及木质素的热解表观活化能,说明自制的催化剂更加有助于这两种组分的降解。也就是说,自制的催化剂对于纤维素以及木质素热解的催化效果更佳。纤维素的催化热解外推活化能为23.268KJ/mol。热解机理函数:积分形式为G(α)=α+(1-α)ln(1-α);微分形式为f(α)=[-ln(1-α)]-1。木质素的催化热解温度范围较广(200-550℃),外推活化能为422.043KJ/mol。热解机理函数:积分形式为G(α)=[-1n(1-α)]4;微分形式为f(α)=1/4(1-α)[-ln(1-α)]-3。
  运用热裂解色谱质谱联用技术(Py-GCMS)探究了典型工况下纤维素、木质素热解的产物组成和产物分布。纤维素的催化热解过程生成了较多的酮类、醛类、呋喃类、酯类以及烃类物质。纤维素热解的分析结果表明在复合分子筛催化剂作用下比在其他两种催化剂作用下生成了更多的酮类、酯类、糖类和酚类物质。木质素的热解产物种类较多,主要生成了酚类、芳香烃类、酮类以及糖类等。对比发现自制的催化剂可以促进木质素热裂解生成更多的愈创木酚。
[博士论文] 王光祖
可再生洁净能源 中国科学技术大学 2018(学位年度)
摘要:生物质作为当前唯一可再生的有机碳资源,具有分布广、储量大、环境友好等优点,必将成为后化石经济时代液体燃料和有机化学品的主要原料。其中,烷基羧酸及烷基醇作为重要的生物质基平台分子,其转化受到了科学家们的广泛关注。在本论文中,我们通过简单的脱水以及卤化的方式将烷基羧酸和烷基醇转变为烷基羧酸酯以及烷基卤代烃等亲电试剂,并通过光引发激发态Pd催化的方法,在温和条件下实现了其进一步高效转化。
  在论文的第一章中我们综述了生物质能源的发展趋势以及国内外的发展现状,提出利用光催化的方式促进生物质基平台分子转化的策略。然而已报道的光催化反应存在光催化剂制备复杂、价格昂贵且反应类型单一等缺点。因此,我们提出发展新型光引发激发态过渡金属催化方法,提升反应催化效率,丰富反应转化类型。
  作为合成化学中构建C-C键的重要手段,Heck反应在在药物分子及中间体的合成方面发挥着重要作用。然而烷基Heck反应,尤其是非活化三级烷基卤代烃的Heck反应到目前为止仍然是一个巨大的挑战。在论文的第二章中我们利用光引发激发态Pd催化的方法,实现了烷基溴的Heck反应,攻克了这一历史性挑战。此外,通过紫外光谱吸收实验,我们确定了激发态钯的存在,并发现配体在反应体系中起着至关重要的作用。
  基于这一发现,我们进一步将该体系应用于烷基羧酸这一来源广、廉价易得的生物质基平台分子的的转化中。因此,在论文的第三章中我们进一步研究了光引发激发态Pd催化的脱羧Heck反应,在温和的条件实现了一级、二级、三级烷基羧酸以及氨基酸的脱羧Heck反应,为烷基Heck反应提供了一条新的途径。
  杂环类结构是大部分药物分子的骨架结构,通过对其后修饰往往可以有效的改善药物分子的生理活性以及代谢稳定性。为了进一步提升该反应体系的应用价值,我们在论文的第四章中研究了光引发激发态Pd催化的杂环芳烃的C-H烷基化反应。该反应在温和的条件实现了二级、三级非活化烷基溴的C-H烷基化,为杂环的修饰提供了一条新颖且高效的方法。
  通过这三方面的研究,我们实现了光促进激发态Pd催化的烷基羧酸以及烷基醇衍生物的高效转化,合成了众多具有高附加值的有机化学中间体。此外,我们还首次研究了Pd的激发态催化属性,突破了传统基态Pd催化性质的局限,为今后Pd催化的研究提供新思路。
[硕士论文] 邢勇强
机械设计及理论 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:本文在对国内外生物质成型技术研究现状调研分析基础上,以生物质成型技术为研究背景,为解决当今生物质成型机在制备生物质成型颗粒中存在功耗高、品质差和产量低等问题,进行了生物质成型特性实验研究和理论分析,以期为生物质成型技术的开发、成型设备的研制和成型颗粒的生产提供基础数据和理论指导。
  基于支持向量回归机和热重分析法,构建了预测生物质中纤维素、半纤维素和木质素含量的机器学习模型,该模型对生物质三组分的含量预测拟合度高且误差小,能够较好地预测生物质三组分含量。进而利用该机器学习模型预测毛竹、玉米秸秆和稻草秸秆中三组分含量,可看出该模型对实际生物质三组分含量预测仍具有较好效果。
  应用单纯形格子混料设计法,构建了基于纤维素、半纤维素和木质素质量分数的生物质成型过程中比能耗和松弛密度的回归预测模型,研究了生物质三组分混料比例对于生物质成型特性的影响规律,研究表明该回归预测模型能较好预测比能耗和松弛密度。进一步采用该模型预测了棉花秸秆、毛竹和玉米秸秆成型中比能耗和松弛密度,结果表明该模型对于实际生物质具有良好的预测效果。
  利用自行设计搭建的生物质成型工艺参数实验平台,在考虑生物质组成成分因素下,研究了物料种类、物料粒径、物料含水量、成型速率和保型时间等因素对生物质成型中比能耗和松弛密度的影响规律,综合评估各工艺参数对于生物质成型中比能耗和松弛密度的影响程度,以获得生物质成型中最优工艺参数组合。研究表明生物质成型实验中最优工艺参数:物料种类为棉花秸秆、物料粒径为<0.075mm、物料含水量为20%、成型速率为50mm/mm和保型时间为110s。
  进行生物质成型机成型模孔实验,以降低成型中比能耗和提高生物质颗粒的松弛密度为目标,考虑物料种类、模孔长径比、开口锥角和内壁粗糙度等因素对于生物质成型中比能耗和松弛密度的影响规律。综合分析得出最优生物质成型机成型模孔参数即物料种类为棉花秸秆、模孔长径比设置为7∶1、模孔开口锥角设置为15°和模孔内壁粗糙度设置为3.2。
[硕士论文] 李慧卿
机械工程 河北科技大学 2017(学位年度)
摘要:化石能源消耗以及由于燃烧化石能源带来的严重环境问题日益加剧,开发、利用可再生能源已经成为一项影响国民经济发展的重要事业。生物质能由于具有分布广泛、可再生、应用方便、环境污染小等特点,越来越受到研究者的重视。在生物质能源中,植物秸秆的占比最大,因此开展生物质秸秆应用方面的研究工作意义重大。本文主要针对植物秸秆回收利用固化成型过程开展研究,对用于秸秆固化成型的环模压块机的设计方法和设计理论进行了深入的研究,具有一定的工程意义和应用价值。
  通过对环模式秸秆压块机的工作机理和总体结构进行分析,进行了压缩室、环模、进料机构、轴承座、底座等主要零部件的初步设计,并绘制了三维造型图。在上述结构的功能、选材、设计要求等方面开展研究,并归纳总结了环模式秸秆压块机设计过程中的主要设计参数。
  传动机构是压块机的重要部件,本文以生产能力为500kg/h的卧式环模秸秆压块机为例,通过解算传动链,拟定了总体传动方案,选取了电机,对压块机传动机构中的主轴、主轴承、带轮、压轮、压轮轴等结构进行了尺寸设计和强度校核。通过以上工作,得到了完整的环模秸秆压块机传动机构设计流程和设计方法。
  环模结构是整个压块机的核心部件,本文通过对模孔、模板、模盘等结构进行几何分析,确定了各结构尺寸之间的几何关系,并建立了压缩过程中秸秆层载荷模型,运用弹塑性力学的理论对各承载面上的载荷进行了分析,并参照矩形截面容器的应力分析公式给出了各截面最小厚度的分析方法,为秸秆压块机环模结构设计提供了依据。
[硕士论文] 孙俊
动力工程 长沙理工大学 2017(学位年度)
摘要:生物质能具有CO2循环零排放、储量巨大等特点,有着多种转化利用方式,其中生物质热解是一种重要的生物质热化学利用方式。生物质本身含有碱金属及碱土金属盐,虽然金属盐含量不高,但对生物质热解有着较大影响,因此有必要研究单一碱金属盐对生物质热解的影响。本文通过添加碱金属催化剂,对稻秆、南荻以及河八王进行热解实验,分析其热解特性和催化作用。
  首先对稻秆、南荻与河八王原样进行酸洗处理,脱除生物质内部碱金属元素,通过热重红外联用实验分析内部碱金属催化作用。再分别给生物质酸洗样添加2%、5%、10%的碱金属溶液(KCl、NaCl),分析外部碱金属催化作用。结果表明碱金属能够促进样品热解温度区间整体提前,显著降低生物质热解过程中挥发分初析温度,促进CO、CO2等小分子气体的释放,抑制CH4的生成,同时过高比例的碱金属不利于有机物气体C-O-C官能团和C=O官能团的析出。
  最后对生物质三组分进行添加碱金属热解实验,通过比较三组分模拟值与实验值分析得到:低温环境下,生物质热解不等同于三组分单独热解叠加。而高温环境下,高温使得三组分之间的化学键连接断裂,生物质热解与三组分单独热解叠加的曲线类似。
  研究发现碱金属盐催化生物质热解过程主要催化三组分中纤维素热解,从而使得热解区间整体前移,同时不同比例的碱金属盐对生物质热解有着不同程度的催化作用,能有效地促进热解反应的进行。
[硕士论文] 张志忍
化学工程 武汉工程大学 2017(学位年度)
摘要:随着工业的发展,CO2排放量日益加大,导致全球加速变暖,减少碳排放和发展可再生能源成为当今人类社会发展所面临的重要问题。可再生能源包括太阳能、风能和生物质能源等。微藻由于其环境适应力强,生长周期短,油脂产率高等优点,成为生产生物质能源的理想原料之一。然而目前微藻人工培养成本过高,利用废水和烟气中的CO2培养微藻,可望在固碳的同时降低培养成本。本实验以废水作为培养基,以CO2作为额外碳源,并在模拟微重力环境下培养小球藻,以期进一步加快微藻生长速率和油脂产率。
  本论文研究了生活废水、食堂废水等四种废水中小球藻油脂产率以及对水体中氮、磷、COD的去除率,以筛选出适宜小球藻生长的废水。在模拟微重力环境下,以高浓度CO2培养小球藻,比较了不同培养环境下小球藻的油脂产率、固碳效率以及脂肪酸含量等。在微重力环境下利用废水作为培养基,探究了微重力环境下微藻对氮、磷以及COD的吸收情况。实验主要结论如下:
  (1)小球藻在生活废水、食堂废水等不同废水中均具有良好的适应能力,同时可对废水中的氮,磷,COD等主要污染物质进行有效吸收利用。其中小球藻对模拟养殖废水中氮磷及COD脱除效果尤为明显,在11天的培养中,模拟养殖废水中氨氮去除率达86.59%,总氮去除率为96.39%,总磷去除率为79.83%,COD去除率为76.48%,同时油脂含量亦高于其他废水。
  (2)在模拟微重力环境下通入高浓度CO2可大幅度提升微藻生长速率。夜间,停止通入CO2是一种可行的pH调控方式,调控pH后微藻的生长速率随之提升。在模拟微重力环境下以CO2作为碳源,微藻油脂产率及固碳效率均有显著提升。高浓度的CO2可导致小球藻细胞中不饱和脂肪酸含量增加,而模拟微重力环境则对不饱和脂肪酸的产生有抑制作用。同时,在高浓度CO2中生长的小球藻细胞平均粒径有所增大。
  (3)相对BG-11培养基,模拟养殖废水中微藻在生长速率、氮磷去除率、COD去除率以及油脂含量等方面均有明显提高,说明养殖废水可以作为合适的小球藻培养基。实验结果表明,模拟微重力对养殖废水中小球藻生长有明显促进作用,但对其氮磷去除率以及COD去除率影响均不明显,并且CO2的通入对养殖废水中微藻的生长未产生显著影响。
[硕士论文] 贾吉秀
机械工程 山东农业大学 2017(学位年度)
摘要:我国是农业大国,农作物秸秆资源丰富、种类繁多,然而废弃或就地焚烧的秸秆接近3亿吨,造成了严重的环境污染和资源浪费,同时随着农业的过度开发、化肥的过度使用,导致土壤质量下降和重金属污染日益严重。生物质热解炭化技术是秸秆综合利用的重要途径之一,其主要产物为生物炭,在土壤改良、重金属吸附和固碳减排等方面具有重要作用,副产物为生物油和热解气,在化工和能源方面具有一定的应用。
  本文在查阅国内外热解炭化技术及装备研究现状的基础上,针对目前生物质连续设备生产效率低,工艺参数难以控制等问题,通过理论研究、计算机模拟、装备试制及试验分析,实现有关技术参数的优化。主要研究工作及创新之处如下:
  (1)热解炭化机理研究,通过查阅国内外文献,研究热解相关的工艺参数和热解机理,明确热解温度、加热时间和反应压力等对热解反应的影响;研究热解产物生物炭、热解气和热解油的理化性质,以制定满足设计要求的工艺路线。
  (2)连续热解炭化工艺研究,提出连续热解过程中分段加热技术,利用不同区域形成的特定温度场对生物质原料进行热解炭化,并依据此原理进行了五段热解炉设计,运用ANSYS对五段热解炉形成的温度场进行仿真模拟,得到分段式温度场。
  (3)热解炭化设备研究,根据工艺路线进行各个部件的设计或选型,包括热解反应器设计、连续进料装置设计、油气分离装置设计、热解气燃烧器设计和电机、减速机、压力表及流量计的选型等。
  (4)热解试验研究,包括设备前期调试过程中,以粉碎的玉米秸秆和花生壳为原料进行设备参数标定的冷态试验,以及后期开展的热解炭化试验,结果表明,本热解炭化设备实现生物质的连续热解炭化,原料处理量可达到25kg/h,加热时间可在5min-60min范围内调节,热解炭化温度可达到700℃,热解炭化产物生物炭、热解油和热解气均可收集计量,达到了设计要求。
[硕士论文] 韩枫涛
供热、供燃气、通风及空调工程 内蒙古科技大学 2017(学位年度)
摘要:步入21世纪后,人类的生活水平飞速提高,社会迅速向工业化和智能化发展,但与之而来的环境污染和化石能源枯竭却严重制约我国国民经济发展及现代化建设。生物质能相较传统化石燃料,可再生的生物质具有分布广泛,储量较大,能够实现环境的零碳排放和低氮硫污染;相较风能、水力、太阳能,生物质易储备运输,加工转化方法更常规,且生物质能的转化更加稳定;相较现代天然气蒸汽重整制氢或水电解制氢技术,从生物质气化产品所得氢气具有环境友好,经济可行的优点。
  生物质水蒸汽气化涉及气液固三相反应,过程复杂。就现有研究而言,简单地从单一产物的角度分别分析生物质水蒸汽气化反应特性具有局限性,对于三相产物的综合描述以及产物之间的相关性研究还不够充分。此外,白云石自身机械强度低,适应性较差,造成使用寿命短,其产生的粉末易造成后面管路堵塞,并且在以往的报道中,该研究局限于气化气的组分及催化剂本身的实验分析,造成白云石催化机理分析的不完整。本研究采用自制蒸汽气化炉实验系统,以废弃松木屑为原料,采用自制松木成型燃料棒进行生物质水蒸汽及催化气化实验,利用X射线衍射和傅里叶红外图谱分别分析生物质反应残留物及气化焦油,反应残留物的比表面积及孔隙特性由BET多点法和BJH法测得,同时结合气相组分变化研究生物质水蒸汽气化反应特性,以及白云石催化剂催化特性,并通过对白云石的改性,进而达到提高气化气富氢程度,降低生产能耗及气化气中焦油含量。
  本论文从以下方面介绍白云石为催化剂的生物质气化实验研究:
  一、成型松木燃料棒水蒸汽气化实验研究:反应温度和蒸汽流量有利于促进蒸汽重整、碳还原、CO的变换反应,当S/B由0.5增加到1.5时,温度为900℃,H2体积分数由52.32%增长到67.3%;随温度升高(750~950℃,S/B=1),松木成型燃料棒的失重率由82.91%升高到91.27%,其微孔结构充分发展,平均孔直径由20.96nm降低到3.76nm,焦油中脂肪烃含量增加,芳香烃因发生开环反应使其含量降低,有益于降低气化气中焦油含量。
  二、白云石催化生物质水蒸汽气化实验研究:煅烧后的白云石有效提高气化气中氢气含量,相比无催化剂添加,H2体积分数在800℃时涨幅较大,由32.32%升高至40.11%;白云石催化剂能够促使碳氢化合物向小分子H2、CO2和CO转化,且随温度升高而加剧;白云石促进脂肪烃的碳链断裂、芳香烃开环反应、脱羟反应、脱羧反应、三键断裂反应,以及羟基和醚链的氧化等。
  三、改性白云石催化生物质水蒸汽气化实验研究:750℃时,在改性白云石催化条件下,H2的体积分数为45.77%,相较无催化和白云石催化条件下的富氢作用,气化所需温度下降100℃左右;富氢程度在低温度下明显,但随温度升高而消弱;催化剂中活性中心Fe3+随温度高逐渐减少,但相比催化气化前后的白云石,改性白云石催化剂在气化前后的色泽和形态变化较轻,反映其表面积碳及机械强度得到优化。
  本课题研究意义在于:(1)研究气液固三相产物演化规律,分析生物质水蒸汽气化反应机理,对深入研究生物质气化反应本质提供重要依据。(2)研究白云石催化剂催化特性,并采用膨润土为载体,负载少量褐铁矿粉对白云石改性,进而达到降低生产能耗及气化气中焦油含量,提高生物质气化产气利用价值的目的,使之有利于生物质气化商业产业化推广。
[硕士论文] 仉利
机械工程 山东农业大学 2017(学位年度)
摘要:生物质热解是一种热化学转化技术,可以将农作物秸秆或薪柴等转换为品质较高的能源,已成为当今世界热点之一。生物质热解产生的高温气体称为生物质热解气,经除尘、冷凝、除焦等工艺过程分别得到不可冷凝气(即生物质燃气)和可冷凝气(包括生物质焦油、木醋液和水蒸汽)。生物质燃气可以直接用于燃烧,经冷凝得到的焦油可以作为重要化工原料。目前生物质热解技术后端产业链尚未完全打开,焦油未被得到有效利用且除焦过程中易造成二次污染,大量焦油被就地掩埋,给土壤造成严重污染。因此,解决生物质热解气利用过程中存在的问题成为当务之急。
  本文利用生物质热解气直接燃烧技术,设计了一台生物质热解气燃烧设备,生物质热解气不进行任何处理,直接供于该燃烧设备燃烧,其结构主要包括燃烧器、供风系统、燃烧室及换热器等。燃烧室中设计了催化裂解装置,生物质热解气燃烧的同时进行催化裂解反应,探索催化剂在燃烧过程中对生物质热解气的影响。试验气源来自连续生物质热解炭化设备。
  本文以花生壳为原料,在炭化温度为500℃、热解时间30min的条件下进行连续热解炭化。试验结果表明:当生物质热解气的过剩空气系数为1.16时,燃烧效率达到最大值;与天然气相比,生物质热解气燃烧所需空气量较高;当燃烧过程中加入催化剂(白云石),燃烧所需过剩空气系数为1.18时,其燃烧效率达到最大值,与未加入催化剂相比,燃烧所需空气量偏高;NOx的排放量在过剩空气系数为最佳值时达到最高。
  在正常燃烧状态下,燃烧设备性能较好:火焰为淡蓝色、燃烧稳定、烟气排放量符合国家标准,燃烧效率能够达到98%左右,满足设计负荷;在催化剂的作用下,燃烧产生的烟气成分有微量的变化,烟气中O2含量由2.1%升高到2.4%、CO2含量由26.2%升高到27.2%。
[硕士论文] 冯琛
动力工程 兰州理工大学 2017(学位年度)
摘要:为找出寒冷季节大中型沼气工程发酵温度低的原因,本文通过对花庄沼气热电联产系统现状的稳定性研究,发现排出沼液所导致的热损是影响系统稳定性的主要因素,根据“温度对口、能量梯级利用”的原则,构建沼气热电联产耦合吸收式热泵系统,利用热泵提供大量品位较低的热能预热进料,实现系统的补能以减少进出料对系统稳定性的影响,并对比分析系统优化前后稳定性,进料的补能可以弥补出料热损的影响就能够解决大中型沼气工程稳定性问题,出料热损是影响大中型沼气工程稳定性最重要的因素,故可为今后沼气工程的设计优化提供依据,本文主要的研究内容与结果如下:
  (1)本文以花庄荷斯坦奶牛繁育示范中心的沼气热电联产系统为研究对象,通过对系统运行9年以来的数据进行分析,可得出系统主要热损来源于发酵塔、储气塔和出料,在寒冷季节发酵塔热损占总热损的13.0%~19.2%,储气塔热损4.1%~9.9%,而出料热损70.9%~82.9%,通过重点分析2015年11月至2016年1月的数据,可得寒冷季节发酵塔平均温度23.6℃,2#发酵塔的平均产气量226m3/d,由于发酵塔保温措施较好自身热损不大,说明出料所导致的热损对系统的稳定性影响最大,也是导致花庄沼气热电联产系统运行现状均不能达到设计要求的主要原因。
  (2)针对花庄沼气热电联产系统出料所导致的稳定性问题进行优化改造,通过对酸化池进行保温处理,并构建沼气热电联产耦合吸收式热泵系统,利用吸收式热泵系统提供的33.7℃循环水在酸化池内对进料预热,既实现对系统的补能又实现能量的综合梯级利用,对比系统优化前后稳定性可得,优化后发酵温度基本可实现寒冷季节35℃中温发酵的要求,且单个塔的产气量在523.6m3/d左右,通过实现对进料的预热补能,有效解决出料热损大对发酵系统稳定性的影响。
  (3)花庄沼气热电联产系统发电效率30%左右,热电联产效率仅为50.3%~67.4%,通过构建沼气热电联产耦合吸收式热泵系统,保证系统稳定运行的同时,由于存在热泵的补能现象,热电联产效率可达91.8%,吸收式热泵系统利用内燃机的627℃的烟气作为驱动热源,制热性能系数2.12,可向系统提供7111.82MJ/d的热量,满足每个发酵塔35℃时4743.31MJ/d的需热量,远超优化前2508.92MJ/d,优化后系统可实现稳定运行,同时也有效地保证其经济性,其中沼液沼渣还田收益21.9万元,电力上网收益28.47万元,节约煤炭费用3.8万元,减少排污费36.12万元,沼气热电联产系统的推广应用奠定物质基础。
  本课题创新点:针对花庄沼气热电联产系统工艺流程及结构存在的问题,定量分析系统热损及其原因,通过构建沼气热电联产耦合吸收式热泵系统,对比分析系统优化前后热稳定性,并进行相关热性能与经济性分析,对今后沼气工程优化改造具有一定的参考价值。
  本课题得到本文研究工作得到了国家863计划课题(2014AA052801)和国家自然科学基金(51676094)等联合资助,在这里表示感谢。
[硕士论文] 张佳
动力工程 兰州理工大学 2017(学位年度)
摘要:车用生物燃气工程在处理废弃物的同时,可产生清洁能源生物天然气,已引起各界的重视,发展前景广阔。但其运行过程仍存在系统能耗和运行成本较高的问题,提高工程余热利用率可有效减少系统用能及成本的投入。目前已有研究中,针对车用生物燃气工程余热分析及利用方法研究较少。本文基于工程实地调研和大量相关文献阅读,建立了一套集余热分析、计算及利用为一体的研究方法,并结合日产气为1万立方米的工程模型进行分析,主要研究内容和成果如下:
  (1)针对工程余热分析,首先介绍系统的工程概况、工艺流程、基本用能和附近热用户等,明确系统余热和需热的分布情况。其次,对系统余热资源进行详细全面地统计分析,主要统计系统余热资源的分布、介质、温度、流量等信息。再次,归纳车用生物燃气工程余热的特点,最后,评价系统余热的可利用性,指明余热利用的方向。结果显示,车用生物燃气工程可利用余热主要包含塔顶气余热、贫液余热、压缩机冷却水余热、沼液余热和锅炉尾气余热。
  (2)针对工程余热计算,以工业余热计算模型为基础,建立了车用生物燃气工程余热潜力的计算模型;结合系统需热建立了余热节能潜力模型。分析系统余热回收方式,建立可回收余热计算模型,为余热利用方案的建立奠定基础。余热回收方式分析显示,系统五种余热主要采用换热器和热泵进行回收利用。
  (3)针对工程余热利用,利用热交换和热泵技术建立余热利用方案。首先,采用夹点分析方法对现行换热网络进行诊断分析,通过增添或减少换热器对现行换热网络进行改造和优化,建立余热利用方案,并计算换热网络优化后的节能率;其次,对于换热网络优化后未利用的余热,通过热泵技术进行热集成,优化余热利用方案;最后,结合优化的余热利用方案,建立节能性分析和经济性分析目标模型,验证余热利用方案的可行性与经济性。
  (4)以国内的四个典型工程为基础,构建了日产气为1万立方米的工程模型;应用已建立的余热分析、计算及利用的方法,余热分析显示此类工程用能量大,占总产能的30.01%~36.44%;系统余热主要由塔顶气余热、贫液余热、压缩机余热、沼液余热和锅炉尾气余热五部分组成,其多为低品位余热。余热计算表明,在最冷月和最热月系统余热潜力分别为5.87×104MJ/d、4.79×104MJ/d,最大节能潜力分别为74.81%和73.92%。利用夹点分析和热泵技术,建立了余热利用方案。夹点分析得出,夹点温度为50℃,最小热公用工程热负荷为234.02kW,最小冷公用工程热负荷为201.25kW,最大节能率为60.19%;通过换热网络优化节能率可达19.75%;利用热泵技术对沼液余热和压缩机余热进行热集成,其节能率可达16.25%,系统总节能率为36%。经济性分析表明,系统改造后年节能最大收益为66.18万元;增加最小成本为271.05万元;最小投资回收年限为4.1年。
  本课题创新点:
  1)本文为提高车用生物燃气工程余热利用效率,降低系统能耗和运行成本,建立了一套集余热分析、计算和利用为一体的研究方法,为相关研究提供参考
  2)结合工程调研,建立了日产气1万立方米的工程模型。通过对其进行余热分析和计算,明确余热分布和潜力,利用夹点分析和热泵技术集成,建立余热利用方案,并对其进行经济性分析,确定了方案的经济性与可行性。
[硕士论文] 王宏东
动力工程 内蒙古科技大学 2017(学位年度)
摘要:生物质热化学转化技术是一种具有潜力的生物质能利用方式,主要有热解和气化两种途径。通过热解可以制备热解焦炭、生物质焦油和热解气,而生物质气化技术也可在不同气化剂作用下制备不同目标产物。目前生物质能利用主要存在能量密度低、储存运输不方便、以及热解气化效率低等问题,针对于此本文选取玉米秸秆成型颗粒作为试验原料,以及三种廉价催化剂(即铁系催化剂Fe2O3、碱金属催化剂Na2CO3和碱土金属催化剂CaO),同时考察不同温度下催化剂对玉米秸秆成型颗粒热解产物和水蒸气气化产物的影响。
  试验选取自制玉米秸秆成型颗粒,粒径8mm,通过热重试验分析玉米秸秆成型颗粒失重特性,得知玉米秸秆成型颗粒失重分为三个阶段,分别为水分挥发阶段,半纤维素裂解阶段、纤维素和木质素裂解析出阶段。之后通过管式炉研究不同升温速率和热解终温对玉米秸秆成型颗粒热解产物的影响,结果表明升温速率和热解终温的提高会促进生物质焦油的产生,在升温速率60℃/min,终温550℃焦油产率达到最大值。催化剂的添加对热解产物分布规律产生了很大影响,使用的三种催化剂中,Fe基催化剂可以明显促使焦油产率增加,而Na基催化剂使焦油产率出现下降,并且Na接催化作用下的热解产气率明显高于另外两种催化剂。在对热解气组分进行分析时发现随着热解终温的提高热解气中H2、CH4体积分数逐渐增加,同时热解气低位热值也随之提高,在Ca基催化剂作用下热解气低位热值可达到11.74MJ/Nm3。
  为了实现资源充分利用以及制取富氢燃气,特选取玉米秸秆成型颗粒热解焦炭作为气化试验原料,采用水蒸气作为气化剂,考察不同温度(750℃~950℃),不同催化剂对气化试验中气化气组分、产气热值、产气率的影响。结果表明随着气化温度的提高H2体积分数逐渐增加,催化剂的添加可以降低气化活化能,使H2体积分数在较低温度下达到峰值。在850℃,Ca基催化作用下H2体积分数达到最大值66.36%。在750℃时Ca基催化作用下气化燃气低位热值达到最大值14.10MJ/Nm3,属于中热值燃气。温度的升高促使产气率明显增加,而催化剂的添加对高温段产气率的影响更加显著,在950℃,Ca基催化作用下产气率达到最大值4.10Nm3/kg。
[硕士论文] 张帅
分析化学 青岛大学 2017(学位年度)
摘要:虽然传统化石燃料的无节制开采和使用严重污染了环境,但是人们的生活和社会的发展又离不开能源的供应;与此同时,化石燃料的日益匮乏制约了社会的发展,所以人们亟需寻找一种环境友好的可再生能源来代替传统的化石燃料。生物质能是一种零碳排放的可再生能源,不仅储量丰富,而且分布广泛,如果能对其加以开发利用,不仅可以缓解对传统化石燃料的过分依赖,还可以减少环境污染气体(NOx、COx、SO2)的排放。生物质又可以分为陆地生物质和海洋生物质,其中海洋生物质对比陆地生物质具有光合作用效率高、生长速度快等优点,受到了越来越多的关注。
  本文研究了大型海藻(海带)和木质纤维素生物质(地瓜秸秆)共脱氧液化制备烃油产品和不同海带/地瓜秸秆质量比对产品分布的影响。研究发现,在海带/地瓜秸秆质量比为1:1时,液体油的产率最大,并且此时的生物油拥有最低的氧含量3.230%,烷烃的相对含量为14.36%,高热值达到了43.55 MJ/kg。结果表明,不同的原料组成及共脱氧液化期间海带和地瓜秸秆之间的协同作用,对得到的液体油的性质有很大的影响。
  本文对海洋生物质(浒苔、巨藻、裙带菜)和陆地生物质(棉花秸秆、地瓜秸秆、梧桐叶)的脱氧液化进行了对比研究。海洋生物质脱氧液化的产油率高于陆地生物质;六种液体油中每类化合物含量各不相同,这与原料组成和含量密切相关;海洋生物质中由于蛋白质的存在导致生物油中的含氮化合物含量普遍较高,应对海洋生物质脱氧液化液体油进行脱氮工艺以提升其品质。
  本文以硅酸钠为硅源合成了ZSM-5/MCM-41复合分子筛催化剂。并通过SEM、XRD、FTIR、N2吸附-脱附对制备的催化剂进行了表征。研究了该催化剂对石花菜脱氧液化的影响,结果表明,与无催化剂相比,使用催化剂催化液化制备的生物油O和N的含量明显降低,热值明显升高。同时,催化剂的使用增加了液体油中的烷烃、芳香烃化合物的含量,降低了含氮化合物的含量。这说明在海藻生物质液化过程中催化剂起到了关键作用。
[硕士论文] 董艳
物理化学 江西师范大学 2017(学位年度)
摘要:随着化石能源的日益枯竭以及环境问题的愈加严重,松节油、纤维素和半纤维素等可再生生物质资源的高值化利用近年来受到了研究者的广泛关注。然而由于现有工艺技术大多采用传统无机质子酸催化剂,导致这类资源的深加工利用率较低,三废矛盾较为突出,造成了极大的资源浪费和环境污染问题,亟需开发绿色高效的酸催化剂以实现生物质资源的高值化利用。作为绿色化学最为典型的代表,离子液体因其具有许多独特的物化性质,为生物质资源的高值化利用提供了新的发展契机。因此,本论文通过调控离子液体的酸度,根据不同反应类型“量身定制”出一系列高催化活性的酸功能化离子液体,替代传统酸催化剂用于绿色合成萜烯酯与高效水解半纤维素,从而实现生物质资源的高值化利用。
  本论文的主要研究工作如下:
  第一部分:设计合成了六种不同酸度的磺酸功能化离子液体,并用于催化萜烯醇与乙酸酐反应合成萜烯酯香料,探究了离子液体的酸度与其催化活性之间的构效关系。研究结果表明,离子液体的酸度可显著影响目标产物萜烯酯的产率,调节离子液体催化剂的pH值在1~2范围,萜烯醇转化率和萜烯酯选择性均可达到最优。反应完成后,离子液体催化剂[Ps2TMEDA][BF4]2可自动沉淀析出,经简单过滤即可实现催化剂的回收套用,且催化剂重复使用五次以上活性无明显变化。此外,本论文还详细考察了合成萜烯酯的酯化反应动力学,并建立拟均相动力学模型,回归得到离子液体催化酯化体系的动力学参数,为实现离子液体催化合成萜烯酯过程提供可靠的基础数据和设计依据。
  第二部分:设计合成了三种强酸性胆碱离子液体催化剂,并用于催化半纤维素高效水解制备糠醛。研究结果发现,离子液体的催化活性与其酸强度密切相关,酸强度越大,其催化性能越好。离子液体[N111C2OSO3H][CF3SO3]催化半纤维素水解制备糠醛,在1,4-二氧六环为溶剂、催化剂用量0.1g、反应温度120°C、反应时间6 h的优化反应条件下,糠醛产率高达82.0%,进一步将该催化剂用于木糖脱水制备糠醛,木糖转化率和糠醛产率均在95%以上,同样表现出很好的催化性能,催化剂循环使用五次,催化活性无明显下降。
[硕士论文] 赵阳
热能工程 大连理工大学 2017(学位年度)
摘要:生物质能作为一种重要的化石燃料替代能源,近些年在世界范围内得到了快速的发展和广泛地应用。针对我国工业链条锅炉燃烧效率偏低和污染物过度排放等问题,采用生物质燃料替代燃煤对工业链条锅炉进行优化改造或者设计新型生物质燃料锅炉成为缓解上述问题的重要途径。同时针对生物质燃料燃烧温度偏低、利用效率低等特点,引入富氧燃烧技术强化生物质燃料燃烧有助于其实际应用。因此,本文采用数值模拟方法对富氧条件下生物质燃料床层燃烧特性的研究具有重要意义。
  首先针对链条锅炉中生物质床层燃烧过程,考虑床层内部传热传质及化学反应过程,采用颗粒非等温模型,利用动网格技术模拟床层高度的改变,并在原模型的基础上进一步考虑沿炉排方向上的能量传递,建立床层燃烧模型,并利用FLUENT软件进行数值计算。计算得到的床层燃烧相关参数与实验数据吻合情况良好,验证了模型的正确性。与原模型相比,采用改进模型使床层燃烧过程总耗时缩短,且更符合实际运行工况。
  其次,对不同富氧条件、不同燃料参数下床层燃烧过程进行数值计算。经研究发现:氧气含量增加会使床层燃烧效率明显提高,挥发分析出速率和焦炭燃烧速率均有所增加,床层燃烧过程总耗时缩短;颗粒直径减小在燃烧过程前期促使挥发分析出速率和焦炭燃烧速率的升高速率增加,着火位置提前,且床层燃烧总耗时缩短;水分含量增加会使挥发分析出速率和焦炭燃烧速率均有所降低,着火位置延后,且床层燃烧总耗时延长;富氧条件下不同燃料参数对床层燃烧过程的影响规律与空气条件基本一致。
  最后,对提前配风和延迟配风条件下的床层燃烧过程进行数值计算。经研究发现:相较于均匀配风,提前配风和延迟配风对床层燃烧过程初始阶段的影响较小,挥发分析出速率均略有增加;随着一次风流量增加,床层主要燃烧区间的位置提前,焦炭燃烧速率、气体流速均有所增加;燃烧过程后期,提前配风条件下存在燃料不完全燃烧现象,而延迟配风条件下燃料燃烧完全,且床层燃烧反应耗时缩短;富氧条件下采用提前配风和延迟配风,床层燃烧效率提高,燃烧过程相关参数的变化趋势与空气条件基本一致。
[博士论文] 任永志
农业生物环境与能源工程 华南农业大学 2017(学位年度)
摘要:生物质热解是常用、稳定可靠的生物炭制备技术,利用生物质热解挥发物燃烧为热解制炭提供工艺用热,可有效解决分布式热解制炭副产物消纳和利用的瓶颈问题。热解挥发物组分复杂,整体燃烧性能较差,调质和催化燃烧是实现其清洁燃烧的有效途径,目前相关研究较少,理论数据匮乏。本文以改善热解挥发物燃烧特性、使其清洁燃烧作为热解制炭热源为目标,研究了生物质热解挥发物贫氧调质和贫氧催化调质特性及其对于燃烧和催化燃烧特性的影响,主要研究内容和结论如下:
  利用TG-DSC进行热解挥发物中重质产物燃烧实验,结果表明:重质产物燃烧过程分为低沸点组分挥发、焦油热解与燃烧、重质焦油和炭燃烧三个阶段。随着反应温度升高,三个阶段的最大失重速率逐渐降低。随着升温速率的增加,反应起始温度、结束温度、最大失重峰温度及最大失重速率总体上呈增加趋势;升温速率增加使反应时间缩短,导致燃烧反应不完全,从而使个别区段的总体失重不明显,第三阶段在较宽泛的温度范围内,不同升温速率下燃烧速率相近。三个阶段的反应机理为随机成核和随后生长,反应活化能(55.03、85.60、77.22/E/kJ/mol)和指前因子(3.38、4.54、1.97/lgA/s-1)先增加后减少,反应级数分别为0.75,0.59和0.85。恒温燃烧的反应进程预测表明,前两个阶段反应时间较短,而第三阶段完全反应时间较长,在1100℃的反应温度下,完全燃烧时间接近1min。
  以堇青石为载体,采用浸渍法制备了Fe、Co、Ni和Mn基4种催化剂,利用XRD、SEM和 TG-DSC分析了活性组分在催化剂表面的分布形式、存在状态和热稳定性。催化剂对热解挥发物中重质产物的TG-DSC催化燃烧实验表明:Mn基催化剂对重质产物存在显著催化转化作用,高温燃烧温度由550℃降低至450℃左右,低温氧化过程温度也由300℃下降至250℃。
  以生物质热解挥发物中携带微量炭颗粒燃烧理论空气量为基准,进行了热解挥发物原位贫氧调质实验研究,结果表明:原位贫氧调质可以有效消除热解挥发物中炭颗粒。随调质温度和空气量增加,重质产物中的烷烃类物质含量显著降低,酚类物质显著增加,含量占比不大的呋喃、醇、茚、醛等物质含量略有增加;轻质产物中烷烃、酸类、酮类和酚类物质相对含量变化显著,酚类物质实际含量变化不明显;调质后低碳原子数物质含量增加,高碳原子数物质含量降低。贫氧调质对气相组分含量的影响不大,主要组分的变化范围在均在±5%以内。
  以 MnO作为催化剂进行了热解挥发物贫氧调质、贫氧催化调质、无氧催化调质和催化剂位置对于产物影响实验研究,结果显示:催化剂介入可促进有机物的碳原子数目向低碳区转移,催化剂的位置变化与碳原子数的变化趋势并不保持等性增加或者减少的关系;催化剂促进了烷烃类物质的催化裂解或者芳构化反应,生成小分子不可冷凝气和芳烃类物质,而对酚类物质催化作用较小;贫氧催化调质效果更为明显,重质产物中各主要组分均不同程度地发生了反应,其中,酚类物质的含量降低,导致烷烃类物质的相对含量上升;轻质产物中酸类、酮类含量增加,酚类相对含量的变少;催化剂位置对于热解挥发物调质产物有一定影响,在空气与挥发物混合充分的位置,催化剂对于更多的有机物转化起到催化作用,导致烷烃类物质含量增加,而酚类等环状烃相对含量较小,是较理想的催化剂布置位置;调质工况对热解气相组分的影响均不明显,H2、CO、CH4和CO2变化范围均在2%以内。反应后催化剂通过XRD、FT-IR和 SEM表征显示:贫氧可以抑制催化剂表面积碳生成;在挥发物与空气混合好的位置,催化剂表面积碳少。热解挥发物催化调质过程中长链烷烃主要发生了氧化和裂化反应,其中氧化反应类似燃烧的过程,裂化反应遵循β断裂规则的自由基理论。
  以 MnO作为催化剂,进行了生物质热解挥发物非催化与催化燃烧、调质与非调质再催化燃烧交叉实验研究。结果表明:对于不同燃烧方式,随着当量比增加,反应温度上升,烟气中CmHn和CO含量下降;催化剂对燃烧反应的作用效果明显,调质后整体反应温度提高,有助于烟气中不完全燃烧组分的减少。调质后燃烧和直接催化燃烧均可以改善燃烧特性,使烟气冷凝液颜色变淡,有机物含量减少。烟气冷凝液中的主要有机物组分为4,6-二甲基十二烷、二十碳烷和二十一烷3种直链烷烃,占有机组分的40-60%。由于实验当量比小于理论值且燃烧混合物在燃烧器内的驻留时间较短,有机物没有完全燃烧裂解产生析碳。反应后催化剂通过XRD、FT-IR和SEM表征显示:随反应工况变化,燃烧催化剂表面存在不同程度积碳,调质后燃烧可减少积碳生成。催化剂表面积碳为主要无机碳,同时存在微弱的酚羟基和芳烃C-C键的吸收峰。MnO在参与催化燃烧过程中,主要通过自身价态的变化来实现催化作用,降低燃烧活化能,加速中间产物向最终产物转化速率,Mn价态变化的实质是氧原子的传递过程。
  (已选择0条) 清除
公   告

北京万方数据股份有限公司在天猫、京东开具唯一官方授权的直营店铺:

1、天猫--万方数据教育专营店

2、京东--万方数据官方旗舰店

敬请广大用户关注、支持!查看详情

手机版

万方数据知识服务平台 扫码关注微信公众号

万方选题

学术圈
实名学术社交
订阅
收藏
快速查看收藏过的文献
客服
服务
回到
顶部