文獻(xiàn)閱讀階段性匯報(bào)

1、LOGO 文獻(xiàn)閱讀報(bào)告：文獻(xiàn)閱讀報(bào)告： n生物基化學(xué)品組生物基化學(xué)品組 n徐晗徐晗 u減量化 u穩(wěn)定化 u無(wú)害化 課題研究的意義課題研究的意義 u消除污染 u減小體積 u生物質(zhì) 文獻(xiàn)閱讀方向文獻(xiàn)閱讀方向 u學(xué)習(xí)工業(yè)污泥熱解工藝優(yōu)化相關(guān)文獻(xiàn)； u學(xué)習(xí)了Imperial College London和上海交通大 學(xué)的2014年發(fā)表的兩篇關(guān)于生物質(zhì)熱解產(chǎn)物 中焦油裂解研究文章，并結(jié)合參考了二者之 前發(fā)表的相關(guān)文章； u對(duì)文獻(xiàn)中的思路、裝置、操作、方法等進(jìn)行 了學(xué)習(xí)?？偨Y(jié)了值得思考、借鑒的地方。 研究的中心內(nèi)容研究的中心內(nèi)容 u原料原料：工業(yè)分析、（有機(jī)&無(wú)機(jī)）元素分析 ，差熱-熱重分析（TG-DTA

2、） u單獨(dú)單獨(dú)- -級(jí)熱解級(jí)熱解：操作條件焦油成分，氣體 組分，焦炭的特性研究 u二級(jí)熱解二級(jí)熱解- -氣化氣化：改變條件，考察溫度，焦 炭填充的催化效果，并配合負(fù)責(zé)催化劑制備的 同組人員做好催化劑的測(cè)試等工作 主講參考文獻(xiàn)主講參考文獻(xiàn) A部分部分 主要實(shí)驗(yàn)裝置主要實(shí)驗(yàn)裝置 Pyrolysis Centrifugal Reactor by Denmark Technical University 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論 u工業(yè)分析 u有機(jī)元素分析 u無(wú)機(jī)元素分析 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論 TGA-DTG uThe sewage sludge probably has a higher

3、 proportion of simple organic structures than that of complex organic structures. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論 Product yields uThe organic oil yield reaches a maximum of 41 wt % daf (bio-oil yield of 54 wt % daf) at 575 uThe maximal bio-oil energy recovery of 50% is obtained at a pyrolysis temperature of 575 Reac

4、tion water 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論 Bio-Oil Properties u.水份、可溶組分、不溶組分、灰分、高位 熱值、密度、粘度、平均分子質(zhì)量 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論 Four oil samples obtained from pyrolysis temperatures of 475, 525, 575, and 625 C uSEC uTGA-DTG 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論 Bio-Oil Component Distribution uOn a wet basis uOn a dry and ash-free basis 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論 u

5、. The analysis of the element distributions in sludge oil and char were carried out on the 575 samples 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論 Sludge Char Properties uThe ash content of rises from 71 to 82 wt % along with a decrease from 29 to 18 wt % of the organic char content. Particle-size distribution uThe fraction of

6、the char particles less than 90 m increases from 52 to 88 wt %. 收獲收獲 u 文獻(xiàn)中對(duì)于一段熱解產(chǎn)物的分析研究中，分開(kāi)考慮了所文獻(xiàn)中對(duì)于一段熱解產(chǎn)物的分析研究中，分開(kāi)考慮了所 得的混合物中油品和水分的量（因此許多文獻(xiàn)中均有強(qiáng)調(diào)得的混合物中油品和水分的量（因此許多文獻(xiàn)中均有強(qiáng)調(diào) 干基、濕基或干燥無(wú)灰基）。干基、濕基或干燥無(wú)灰基）。 u 思考一段所得焦油（單獨(dú)熱解和混合熱解）的特性是否思考一段所得焦油（單獨(dú)熱解和混合熱解）的特性是否 會(huì)影響到后段氣化會(huì)影響到后段氣化/催化的效果和產(chǎn)物分布。催化的效果和產(chǎn)物分布。 u 考慮加入一段熱解后

7、的固相殘留物（焦炭）的特性研究考慮加入一段熱解后的固相殘留物（焦炭）的特性研究 ，以及其填充放置在二段氣化裝置中是否能有良好的催化，以及其填充放置在二段氣化裝置中是否能有良好的催化 效果（或促進(jìn)蒸汽重整）。效果（或促進(jìn)蒸汽重整）。 u 評(píng)價(jià)其剩余固體廢棄物（焦炭相對(duì)于污泥）的體積減少評(píng)價(jià)其剩余固體廢棄物（焦炭相對(duì)于污泥）的體積減少 量以及其對(duì)金屬、重金屬元素的固定的良好結(jié)果，對(duì)環(huán)境量以及其對(duì)金屬、重金屬元素的固定的良好結(jié)果，對(duì)環(huán)境 保護(hù)的意義。保護(hù)的意義。 主要參考文獻(xiàn)主要參考文獻(xiàn) B部分部分 主要實(shí)驗(yàn)裝置主要實(shí)驗(yàn)裝置 Diagram of the reactor system by ICL

8、主要實(shí)驗(yàn)裝置主要實(shí)驗(yàn)裝置 Throat section 喉管結(jié)構(gòu) 上下結(jié)構(gòu) Diagram of the reactor by ICL 主要實(shí)驗(yàn)裝置主要實(shí)驗(yàn)裝置 Diagram of the reactor by SJTU 實(shí)驗(yàn)操作實(shí)驗(yàn)操作 u用1:4甲醇和三氯甲烷溶液作為溶劑。 u1）用溶劑清洗反應(yīng)段得到的溶液后，再 將絲網(wǎng)塞和樣品取出； u2）用溶劑清洗用溶劑清洗U形管和下法蘭收集殘余焦 油。上述兩部收集的溶液經(jīng)過(guò)濾后分別在 旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器（80，3040rpm，30min） 中干燥，再在35下干燥1h，兩項(xiàng)焦油相 加得到總的焦油產(chǎn)率總的焦油產(chǎn)率。 u將清洗后的固體焦用同樣方法干燥，并計(jì) 算過(guò)

9、濾濾紙上的細(xì)微固體顆粒，全部相加 得到固體焦產(chǎn)率。 u理論氣體量理論氣體量= =原始樣品量原始樣品量- -固體焦固體焦- -焦油焦油 承載樣品的絲網(wǎng)塞位于靠下法蘭 125mm處，樣品量1g，升溫速率 10/s，相當(dāng)于60/min。熱解15min， 液氮捕集熱解產(chǎn)物中的焦油。氦氣作 為保護(hù)氣體。 小結(jié)小結(jié) 二者操作與分析上的不同： u將反應(yīng)段樣品先捅出來(lái)再用溶劑清洗焦炭、絲網(wǎng)塞和不銹鋼管。僅是 操作方法不同，結(jié)果應(yīng)該一致。但是Kandiyoti等人的方法略簡(jiǎn)單一些。 u用氣相色氣相色譜譜-質(zhì)質(zhì)譜聯(lián)用譜聯(lián)用和凝膠色譜凝膠色譜檢測(cè)了焦油成分，比Kandiyoti等人的 研究的更細(xì)致。 u沒(méi)有對(duì)熱解氣

10、體成分進(jìn)行分析檢測(cè)。因?yàn)殛惖t等人的目的主要是制備 生物油，故并沒(méi)有過(guò)多考慮氣相的問(wèn)題。Kandiyoti等人分析了CO2， CH4，C2-C4輕烴（由于He干擾，故沒(méi)有分析H2）。 u固體焦產(chǎn)率、焦油產(chǎn)率和氣體百分比均是基于全部生物質(zhì)原始樣品質(zhì) 量，而Kandiyoti等人的結(jié)果是基于干燥無(wú)灰基，這樣就避免了水分的這樣就避免了水分的 分離和檢測(cè)分離和檢測(cè)。 焦油收集裝置焦油收集裝置 焦油收集裝置： u采用液氮作為冷凝劑，效果好， 效率高，但會(huì)捕捉一些低碳有 機(jī)物。不適用與 u由于反應(yīng)器設(shè)計(jì)中加入了喉管 部分，而焦油收集部分可通過(guò) 閥門(mén)的開(kāi)關(guān)進(jìn)行控制，可以很 好地對(duì)焦油進(jìn)行收集。 u改進(jìn)后的Ta

11、r Trip。加入了一個(gè) 球形閥和隔板，可用注射器采 樣分析，更加方便、準(zhǔn)確。 小結(jié)小結(jié) 二者相關(guān)論文的總結(jié)： u帝國(guó)理工更早的關(guān)于Hot-rod反應(yīng)器設(shè)計(jì)的文獻(xiàn)是1987年的，而后逐漸測(cè)試、 完善并進(jìn)行了較多的改進(jìn)，最近的幾篇也基本上說(shuō)的挺明白。陳祎博士論文 中第三章也比較詳細(xì)的描述了實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)方法，值得借鑒與學(xué)習(xí)。 u不同熱解條件對(duì)氣、油、焦炭理化性質(zhì)的影響，表征手段包括：工業(yè)分析和 元素分析，比表面積和孔結(jié)構(gòu)，碳微晶結(jié)構(gòu)X射線衍射儀，SEM，F(xiàn)TIR。 注：固體表面分析的常規(guī)方法比較全面的分析了固體理化特性。 u不同條件對(duì)焦油裂解及其產(chǎn)品的影響，分析手段包括：GC/MS，TG/MS，

12、 GPC，SEC。條件改變：溫度，停留時(shí)間（氣速），二段反應(yīng)器中焦炭的存 在以及不同的量、特征尺寸等。 注：因?yàn)門(mén)hroat section可使碳層不影響一段熱解壓力和壓降，也可以通過(guò)調(diào) 節(jié)入氣使二段的氣速不受一段影響。故可考慮停留時(shí)間。 部分參考文獻(xiàn)部分參考文獻(xiàn) Imperial College London uTar formation and destruction in a simulated downdraft, fixed-bed gasifier： reactor design an initial results，Energy & Fuels 2007, 21, 3028-30

13、35 uTar formation and destruction in a fixed-bed reactor simulating downdraft gasification：optimization of conditions，Energy & Fuels 2008, 22, 19551964 u Tar formation and destruction in a fixed-bed reactor simulating downdraft gasification： equipment development and characterization of tar-cracking

14、 products，Energy & Fuels 2010, 24，45604570 uTar Formation and Destruction in a Fixed Bed Reactor Simulating Downdraft Gasification: Effect of Reaction Conditions on Tar Cracking Products，Energy & Fuels, 2014, 28(3): 1970-1982. 收獲與思考收獲與思考 u實(shí)驗(yàn)中，焦油的量不準(zhǔn)確一直都是很難解決的問(wèn)題。借鑒于之前的文獻(xiàn)中 的各自的對(duì)策?？梢钥紤]以下兩個(gè)方面入手：一個(gè)就是考慮對(duì)于

15、冷凝段的 改裝與冷凝劑的選擇。三口燒瓶加兩只球冷管（一個(gè)冷凝，一個(gè)冷凝回流） 沖入冰水模擬U型管，并考慮可否冰水浴。另一方面則是加入一段焦油捕 捉，利用吸附劑或一些有機(jī)溶劑等把焦油回收。目前，初步實(shí)現(xiàn)了第一個(gè) 想法的改進(jìn)，確實(shí)提升了冷凝效果，第二方面仍需進(jìn)一步與老師探討是否 可行。 u上下結(jié)構(gòu)的反應(yīng)器+冷凝裝置具有很多優(yōu)點(diǎn)，比如易于控制（氣速、壓力 等）、減少中間損失（焦油、氣量等）、可以考慮更多影響因素（停留時(shí) 間）。而現(xiàn)有裝置或可以參考向其改進(jìn)，故對(duì)其較早的關(guān)于裝置搭建、改 進(jìn)和控制條件等方面的文章進(jìn)行了學(xué)習(xí)。 收獲與思考收獲與思考 熱重實(shí)驗(yàn)與固定床實(shí)驗(yàn) u熱熱重實(shí)驗(yàn)重實(shí)驗(yàn)是考察一定數(shù)量的

16、固體試樣通入反應(yīng)氣體后在恒溫或程序升溫條 件下開(kāi)始反應(yīng)，連續(xù)采集固樣因反應(yīng)而增加或減少的重量，由此給出固體 轉(zhuǎn)化率x與反應(yīng)時(shí)間t的變化曲線。 u固定床實(shí)驗(yàn)固定床實(shí)驗(yàn)則是將固體試樣裝入同定床反應(yīng)器，通入氣體使反應(yīng)在流動(dòng)狀 態(tài)下進(jìn)行。它不同于熱重實(shí)驗(yàn)，反應(yīng)進(jìn)行情況主要是以床層進(jìn)出口氣體反 應(yīng)濃度的變化來(lái)進(jìn)行檢測(cè)。如果說(shuō)，熱重法是研究同樣的顆粒行為，固定 床流動(dòng)法則是研究顆粒所組成的床層行為。 u我的理解：固定床氣化爐實(shí)驗(yàn)更接近實(shí)際生產(chǎn)的情況，熱重實(shí)驗(yàn)則更注重 研究熱解反應(yīng)的特征溫度動(dòng)力學(xué)特性。 實(shí)驗(yàn)思路及簡(jiǎn)介實(shí)驗(yàn)思路及簡(jiǎn)介 原料的預(yù)原料的預(yù) 處理處理 原料的基原料的基 本特性分本特性分 析析 TG

17、/DSC 一段反應(yīng)一段反應(yīng) 器污泥熱器污泥熱 解解 一段反應(yīng)一段反應(yīng) 器污泥器污泥/ 生物質(zhì)共生物質(zhì)共 熱解熱解二段反應(yīng)二段反應(yīng) 器污泥器污泥/ 生物質(zhì)共生物質(zhì)共 熱解熱解-氣氣 化化/催化催化 其他相關(guān)其他相關(guān) 分析分析 實(shí)驗(yàn)思路及對(duì)應(yīng)內(nèi)容 實(shí)驗(yàn)思路及簡(jiǎn)介實(shí)驗(yàn)思路及簡(jiǎn)介 原料的預(yù)原料的預(yù) 處理處理 原料的基原料的基 本特性分本特性分 析析 TG/DSC 一段反應(yīng)一段反應(yīng) 器污泥熱器污泥熱 解解 一段反應(yīng)一段反應(yīng) 器污泥器污泥/ 生物質(zhì)共生物質(zhì)共 熱解熱解二段反應(yīng)二段反應(yīng) 器污泥器污泥/ 生物質(zhì)共生物質(zhì)共 熱解熱解-氣氣 化化/催化催化 其他相關(guān)其他相關(guān) 分析分析 實(shí)驗(yàn)思路及對(duì)應(yīng)內(nèi)容 實(shí)驗(yàn)思路

18、及簡(jiǎn)介實(shí)驗(yàn)思路及簡(jiǎn)介 原料的預(yù)原料的預(yù) 處理處理 原料的基原料的基 本特性分本特性分 析析 TG/DSC 一段反應(yīng)一段反應(yīng) 器污泥熱器污泥熱 解解 一段反應(yīng)一段反應(yīng) 器污泥器污泥/ 生物質(zhì)共生物質(zhì)共 熱解熱解二段反應(yīng)二段反應(yīng) 器污泥器污泥/ 生物質(zhì)共生物質(zhì)共 熱解熱解-氣氣 化化/催化催化 其他相關(guān)其他相關(guān) 分析分析 實(shí)驗(yàn)思路及對(duì)應(yīng)內(nèi)容 實(shí)驗(yàn)思路及簡(jiǎn)介實(shí)驗(yàn)思路及簡(jiǎn)介 原料的預(yù)原料的預(yù) 處理處理 原料的基原料的基 本特性分本特性分 析析 TG/DSC 一段反應(yīng)一段反應(yīng) 器污泥熱器污泥熱 解解 一段反應(yīng)一段反應(yīng) 器污泥器污泥/ 生物質(zhì)共生物質(zhì)共 熱解熱解二段反應(yīng)二段反應(yīng) 器污泥器污泥/ 生物質(zhì)共生物質(zhì)共 熱解熱解-氣氣 化化/催化催化 其他相關(guān)其他相關(guān) 分析分析 實(shí)驗(yàn)思路及對(duì)應(yīng)內(nèi)容 實(shí)驗(yàn)思路及簡(jiǎn)介實(shí)驗(yàn)思路及簡(jiǎn)介 繼承與創(chuàng)新 u感謝李岑師姐之前的成果，搭建了二段熱解氣化反應(yīng)器，確立了基本實(shí)驗(yàn) 方法與思路，并進(jìn)行了許多調(diào)試工作。在李岑師姐的基礎(chǔ)上對(duì)后續(xù)冷凝段 進(jìn)行了