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酸催化生产生物质炭技术简介
人类在发展过程中目前面临能源危机和环境污染双重压力。在能源消费方面,目前世界能源消耗91%的是一次性矿物燃料能源,但矿物燃料是有限的,不可能成为人类的永久性能源。因此寻找可替代化石能源的新能源是人类可持续发展的必由之路。 据估计,全世界每年由光合作用而固定的碳达2×1011 吨,含能量达3×1018 千焦,可开发的能源约相当于全世界每年耗能量的10 倍;生成的可利用干生物质约为1700 亿吨,而目前将其作为能源来利用的仅为13 亿吨,约占其总产量的0.76%,生物质资源开发利用潜力巨大。据测算,我国拥有的生物质能资源为50 亿吨左右,是我国目前总能耗的4 倍左右[5]。生物质资源虽然丰富,但由于保存和转化的技术落后导致生物质资源浪费严重,如秸秆等农业废弃物在田间焚烧,林业产品加工产生的木屑、锯末等被直接丢弃,食品加工的壳、皮等被当作垃圾填埋,这不仅污染了环境,还造成了生物质资源的巨大浪费 利用生物质制备炭材料,在能源领域利用可以直接作为燃料使用,可以避免生物质原料本身能量密度低、体积庞大难于运输等弊端,同时相对于燃煤可以减少硫排放,从而减少对环境的污染,但目前制造成本高,只有在特定的场合才使用,目前生物质炭在能源方面主要作为高端的燃料电池正极材料。另一方面生物质炭本身的多孔性致使它具有巨大的比表面积、发达的孔隙结构以及较好的化学稳定性和机械强度,在环保领域对重金属良好的吸附性能,因此对重金属废水处理及土壤恢复与改良具有巨大的应用潜力[8-14]。 由于传统工艺制造活性炭成本高,因此限制了其应用范围。如何最大限度降低制造成本是科研工作必须努力的方向。 生物质炭的制备方法主要分为:热分解法,微波炭化法,水热炭化法。热分解炭化法是目前制备生物质炭的主要方法,热分解制备生物质炭是在隔绝空气条件下生物质的高温裂解成炭,一般需要炭化与活化两个过程且二者可分步或同步进行。首先炭化过程是在300 –1000 0C下使生物质中分子链中C-O、C-C键断裂成炭,随着温度的升高, 生物质炭的产量降低, 含碳量逐渐增加。活化的目的是利用气体或化学物质改变炭化料的内部结构, 扩大孔体积, 增加活性炭的吸附性能。物理活化采用如水蒸气、空气、CO2进行活化;化学活化则采用化学物质如NaOH,ZnCl2,KOH, K2CO3等在600~11000C下活化,得到活性生物质炭产品。热分解法的缺点在于反应时间长,反应耗能大,传热效率低和反应原料加热不均匀等。微波炭化法则是通过被加热体内部偶极分子的高频往复运动,使分子间相互碰撞产生大量摩擦热量,继而使物料内外部同时快速均匀升温从而达到裂解及炭化的目的。微波加热具有操作简单、升温速率快、反应效率高、可选择性均匀加热等优点。生物质通过微波炭化处理其活性炭得率较高(一般达到40%左右)且表面积大。但微波炭化的不足在于物料的反应温度不能精确控制,过量的微波辐射将对人体健康有损害且工业化放大过程比较困难。水热炭化法是在一定温度(一般200 ℃)和压强(下将水热反应釜内的生物质( 碳水化合物、有机分子和废弃生物质等) 、催化剂和水进行加热,实现对生物质炭化的过程。水热炭化一般制得的生物质表面积小一般500m2/g以下,同时反应时间长,因此生产成本较高。 总之制备生物质炭材料具有丰富的原料来源,同时在能源及环境方面具有广阔的应用前景,尤其在重金属污染治理及土壤恢复及改良前景更为广阔。但目前生物质转化为炭流程长,分解温度高,造成生产成本高而致使生物质的利用率低。如何更高效、成本更低廉实现生物质的炭转化,无论对于人类能源结构优化及环境保护均有十分重要的现实意义。 本项目提出了一种酸催化裂解炭化生物质原料的方法,采用酸催化直接将生物质分解及炭化,并在低温下(2000C左右)加速炭化及活化(6000C以下) 过程,吸收炭化及活化过程蒸发的酸及液态有机物,酸进行循环利用,实现生物质炭材料绿色制备。由此可以制备出生物质炭材料比表面在1000m2/g以上,得率达到50%以上,从而降低生物质炭的制造成本,拓宽其应用范围。二.技术路线酸催化生产技术路线见下图,生物质粉碎后,采用一定酸浸湿润,干燥后进行炭化及活化,控制在4000C下炭化完全冷却,炭化活化过程进行酸回收并返回使用,炭化完全后冷却,加粘结剂压块便得到生物质炭。  图1 酸催化制备生物质炭工艺流程三.技术开发内容及指标技术开发内容生物质原料的筛选及酸种类的筛选温度、时间工艺参数的优化;粘结剂的选择与添加工艺确定日处理1吨中试放大设备选择与设计;技术指标生物质炭得率大于50%;生物质炭的碳含量高于80%;生物质炭燃烧后的灰分小于5%;生物质炭材料比表面在1000m2/g以上。四.经济效益初步分析生物质炭售价按3000元/吨计算,原材料及处理成本约1500元/吨;按年生产1万吨计算,年效益为=(3000-1500)x10000=1500万元。 本项目作为生物质炭新工艺相对于传统工艺,大幅度提高了生物质炭的转化效率及降低了生产成本,因此经济效益非常显著,如果作为活性炭使用效益更加显著。同时具有很好的推广前景。
清华大学 2021-04-13
轻、重颗粒(飘浮、悬浮颗粒)同时分离技术
1 成果简介废水、污水及海水处理中经常存在同时分离重质颗粒和轻质颗粒的问题。液固分离的主要方法是离心和过滤,一般情况下,能靠离心分离解决,不采用过滤分离方式。这是因为采用过滤方式的系统复杂、运行阻力大,特别是处理细小颗粒时,返清洗频率高、降低生产率。 传统的离心分离技术一般情况下仅是靠颗粒和水的密度不同、产生的离心力不同,而将密度大于水的重质颗粒从水中分离出来。密度与水接近或密度小于水的轻质颗粒,只能依靠过滤方式分离。基于本项目研发成功的轻重颗粒同时分离技术所制造的广谱密度颗粒分离器,充分利用了离心力场的特点,能将密度大于水和密度小于水的颗粒同时分离出来。不仅如此,同时还利用了旋风分离器减阻技术,使该颗粒分离器的压力损失明显小于水力漩流器等同类产品。另外,采取空间交错布置形式,使该广谱密度颗粒分离器结构紧凑,占地面积 小。2 应用说明与传统离心分离技术(如水力漩流器相比)在分离重质颗粒效率相当(如 85%)的同时,还具有不低于 50%分离轻质颗粒的能力。同时因利用了旋风分离器减阻杆减阻技术,该设备阻力比传统水力漩流器降低约 30%、节电约 30%。另外,采用双排高低错落布置形式,设备结构紧凑,处理能力每小时 1000 吨时,设备最大外形尺寸仅为2×1.45×1.68 米。 图 1 采用双排高低错落布置形式的设备3 效益分析在化工、食品、建材、海水净化等多行业都存在轻重颗粒同时分离的问题,即使采用了水力漩流器,因轻质颗粒难于去除,致使过滤分离环节压力很大,成为限制生产率提高的瓶颈。采用广谱密度颗粒分离器,即使还需要配合过滤环节以进一步提高细微颗粒的净化能力,过滤环节的清洗频率及流动阻力都将大大降低,因而降低功率消耗,提高处理能力。
清华大学 2021-04-13
海洋结构物重量控制技术分析软件系统
重量控制技术作为海洋工程项目管理的一项重要内容,就是要在建造过程中通过准确的统计计算和严格的控制,以期望在设计初期设定的承受可变载荷能力能在完工后得到保证。此要求在业主与船厂关于海洋工程的招标文件、建造合同以及技术规范中均提出。 本项目的研究目的是使船厂在建造的海洋结构物的重量控制精度上达到数据化和程序化,满足并提高海洋结构物的制造水平,为实现造船全过程的精度控制创造有利条件,全面提升企业的生产管理水平奠定基础。通过消化吸收国外的先进技术,开发出具有自主版权的海洋结构物重量控制计算软件系统(单机版),在此基础上,根据企业的进一步提高生产管理水平的要求和网络功能方面的扩充需要,研制出具有自主知识产权的海洋结构物重量控制计算软件系统(网络版)。该成果已经在船厂的实际工程项目上应用多年,完全达到了推广应用的技术要求和技术水平。具有显著的经济效益,对社会发展和科技进步的重要意义
大连理工大学 2021-04-13
暖通空调系统模糊智能监测控制技术
中央空调系统运行效果的优劣与建筑使用状况、天气等因素密切相关,现有中央空调系统中90%以上没有控制调节功能,导致系统运行能耗占建筑总能耗的40~60%,节能潜力巨大。我国北方集中供热系统管理粗放,缺乏科学有效的供热调节手段,热力失调严重,局部过热、局部过冷问题突出,循环水泵消耗巨大,初期设计也不尽合理,导致供热能源消耗巨大,单栋建筑采暖能耗约占建筑总能耗的30~50%应用范围。 为此,我们针对中央空调系统和集中供热系统提出了系列化的节能集成控制技术,包括:中央空调水系统变水量变温度模糊智能节能集控技术;中央空调风系统变风量变温度模糊智能节能集控技术;新风、排风与建筑正压模糊智能协同集控技术;既有集中供热系统的运行效果检测、评价和节能改造方案;既有集中供热系统的管网热平衡与供热量计量;集中供热锅炉房、换热站、供热管网的模糊智能节能集控技术;中央空调系统和集中供热系统的节能规划与施工图设计。
大连理工大学 2021-04-13
功能性糖(醇)的色谱分离纯化技术
功能性糖(醇)(如木糖(醇)、麦芽糖(醇)、山梨醇、阿拉伯糖、甜菊糖等)是一类具有低热值、防龋齿、调节血糖和预防便秘等功效的营养性甜味剂。传统功能性糖(醇)生产工艺存在:1)结晶收率偏低<50%;2)母液中糖组分未得到有效利用;3)分离纯化工艺多采用等电点沉淀、离交等方法,工艺复杂、提取率低,大量使用酸碱,产生三废、严重污染环境。江苏省工业色谱分离工程技术研究中心自主研发的各种糖(醇)特种色谱固定相、模拟移动床色谱分离纯化技术及装备,可实现功能性糖(醇)的清洁化、自动化的工业生产,同时可分离提取多种组分,三废污染零排放,处于国内领先水平,已在国内外多家企业及科研单位推广应用。 
江南大学 2021-04-13
电控气动同步换档的行星变速箱技术
单一速比的减速器无法同时满足各种工况下车辆对动力性和经济性的要求。采用多档变速箱的传统车辆需要离合器和换档机构等装置,系统复杂。上述的新型电机及其控制系统具有大转矩起动和高效工作区宽广的优点,为取消换档离合器,简化换档操作提供了前提,也为采用线控行星变速器提供了理论依据。因此,自主设计了大功率无离合器线控变速器,可实现线控自动换档,既操作简便,又满足了电动车辆爬坡和起步加速时对大转矩的需求。
北京理工大学 2021-04-13
新型搅拌通用设备的高效节能增产技术
间隙搅拌反应器Batch stirred tank reactor(BSTR)是广泛地应用于化工、生物发酵、结晶、混凝、萃取、悬浮等工业作业,因此是一种应用面极广的非标通用设备,其容积可以从升级至几千立方。其中生产规模最大的是应用于生物发酵用的发酵罐。 在我国生物发酵工业基本上均采用BSTR进行生产,国内发酵罐容积居世界第一。单位容积发酵罐耗电为2~4kW/m3 发酵用空气需经过空气过滤除菌,空气耗量以罐体积计:体积流量(m3/分)与罐容积比为0.3~2。因此以单位立方米计的空气能耗在0.72~4.8kW/m3以上。因此发酵工业是国内的一个耗能大户。降低发酵用BSTR的能耗具有重大的节能意义。 本项目通过利用气流能量在罐内构造离心力场中的泰勒涡柱流,利用泰勒旋涡流来改善气液比表面积,降低搅拌功耗,减少空气用量和减少混合时间,达到大幅度降低BSTR能耗的目标。降低搅拌功率30%。节省空气用量5%~10%。 由于泰勒涡柱流动具有的无返混流特征,可以提高发酵对数期的反应进程,将产生热冲击效应,可以充分利用来缩短发酵对数生长期,以及提高产量。 本项目主要研究内容是,通过开发极限发热量的控制技术和散热技术,从而充分利用热冲击效应,以达到增产目的,增产目标为2%。通过热控制技术保证,用泰勒涡柱流降低搅拌功率30%。节省空气用量5%~10%。
上海理工大学 2021-04-13
一种基于 RFID 技术的人员登记系统
本实用新型涉及一种基于 RFID 技术的人员登记系统。包括 CC2530 单片机、输出模块、射频模块、 晶振电路、复位电路、电源电路;微处理器与输出模块、射频模块分别连接,射频模块与非接触式 IC 卡数据通信,输出模块与 PC 终端数据通信;晶振电路、复位电路、电源电路分别与 CC2530 单片机连 接。本系统具有集成度高、电路简单、工作稳定和信息传输准确度高等优点。
武汉大学 2021-04-13
雨水收集、处理、利用系统关键技术及工程
项目简介 分析归纳了城市雨水利用的途径、原则,通过对示范工程现场的水资源情况、雨水 径流污染的状况和水质特性的分析,进行了水量平衡计算;研究了雨水收集利用系统的230 关键技术,确定了工艺路线,主要净化工艺采用初期雨水弃流、旋流分离器和生态浮床 组合技术;开发了相关装备,实施了雨水收集、处理、利用示范工程,并对示范工程进 行技术经济分析。可根据雨水利用工程实地情况,为城市单位、大型小区及度假村等提 供雨水利用依据、技术支持和工程指导,必要情况下可结合实
江苏大学 2021-04-14
金耳银杏白果保健品生产技术
项目简介本技术采用三种酶水解银杏白果,获得银杏白果水解液,该水解液中含有银杏黄酮、 萜类化合物、氨基酸和肽类、淀粉等活性化合物,其中氨基酸和肽类含量≥1%,淀粉含 量≥2%,该水解液通过金耳菌种发酵,发酵液可以直接加工成保健饮品,也可以通过薄 膜浓缩后,进一步通过冷冻干燥生产保健食品或胶囊。该产品由于含有金耳多糖、萜类 化合物因而具有降低血糖,适用于未注射胰岛素病人,同时由于该产品含有血小板活化 因子拮抗剂银杏内酯 B,因而可用于辅助治疗血栓、急性胰
江苏大学 2021-04-14
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