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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
一种催化分解磷石膏的方法
本发明涉及一种催化分解磷石膏的方法。其技术方案是:按磷石膏和炭化稻壳的质量比为(20——1)︰1,将磷石膏和炭化稻壳混合均匀,制得混合料。再将所述的混合料放入管式炉中,在600——900℃条件下进行催化分解反应,反应时间为60——180min,反应得到的二氧化硫气体直接制硫酸,反应得到的固体产物为活性石灰、或为硅酸钙、或为活性石灰和硅酸钙。其中:所述磷石膏的粒度为0.175——0.043mm,磷石膏的CaSO4为70——95wt%;所述炭化稻壳的粒度为0.175——0.043mm,炭化稻壳中:C为10——80wt%,SiO2为19——89wt%。本发明不仅能有效降低反应温度、加快反应速度、减少能耗和降低生产成本,且能实现对固体产物成分的精确控制。 (注:本项目发布于2014年)
武汉科技大学 2021-01-12
中国海洋大学与中科院深圳先进技术研究院团队联合在高性能蛋白基海洋仿生材料领域取得重要研究进展
研究团队多年来聚焦在湿环境下具有高延展性的扇贝足丝,克服了天然材料提取表征困难等技术难题,从扇贝足丝蛋白中首次报道了一种具有高延展性的纤维蛋白材料Sbp5-2,并联合开展了材料组装机制及应用研究,该研究加深了对蛋白基海洋生物材料组装分子机制的认识,为未来开发具有自主知识产权的新型海洋生物医用材料奠定了基础。
中国海洋大学 2022-06-02
减振复合板阻尼性能测试设备
减振复合板是指在金属板材 (简称基板) 中间或者两侧添加阻尼层复合而成的板材。即两 边为金属板,中间为阻尼层。减振复合板的外观、加工性能等与金属基板类似,以其优良的减 振性能被广泛应用于数控机床、发动机、高速铁路机车、飞机等高技术工业领域。 由于减振复合板的金属基板和阻尼材料都需根据使用要求定制,因此,可以根据需要来开 发各种性能的减振复合板。但目前缺少相应设备来评价减振复合板的阻尼性能,从而影响了产 品的推广应用。本项目针对这一需求,开发了减振复合板阻尼性能测试设备。 设备开发所依据的标准: GB-T 16406:声学材料阻尼性能的弯曲共振测试方法; ASTM E756:Standard Test Method for Measuring Vibration-Damping Properties of Materials。 基本原理: 测试系统的仪器由激励、检测和采集三部分组成,测试系统框图如图1所示。首先利用信 号发生器驱动激振器对试样施加简谐激励力,由检测传感器测试试样的振动信号,经放大后接 入数采系统分析记录并显示。 保持恒定的激励力,连续改变频率,测出试样的速度弯曲共振曲线。对采集信号进行频响 分析,最后从其频响图得到各阶共振频率以及共振峰宽度,计算出损耗因子等参数。当测试过 程在控温箱中完成时,则可确定温度对材料阻尼特性的影响。
华东理工大学 2021-04-11
换热器性能评价与高效化改进研究应用
在石油、化工、冶金、热能动力等工程领域中,管壳式换热器被广泛地用于物料的蒸发、冷凝、加热及冷却等过程。传热效率低、体积大、操作费用高是普通管壳式换热器普遍存在的缺点。 华东理工大学机械与动力工程学院化工机械研究所受中国石化扬子石油化工股份有限公司的委托, 对扬子公司催化、芳烃、乙烯装置中的1978台换热设备进行性能标定、评定与高效化改进研究。在广泛调研的基础上从各类设备中发现90多台换热效果差,能耗大的换热设备。根据工艺条件和传热方式,对部分设备采用改善内部壳程结构和采用强化传热管的方法,进行高效化改造。对换热设备的管外采用杆式支撑等纵向流形式,或采用螺旋折流板支撑的螺旋流形式来替代传统的弓形挡板结构;换热管则根据不同的传热形式采用经多年自主研发或经测试性能优良的多孔表面管、波纹管或螺旋槽管等高效特型换热管,二者结合形成复合强化传热的结构。
华东理工大学 2021-02-01
非对称多孔陶瓷结构与性能研究
上海交通大学 2021-04-11
全自动列车空调机性能测试系统
该系统主要用于列车空调机组中所使用的各种型号风机的性能试验。空调机组中所使用之风机的静压效率、最大流量及噪声性能等指标直接影响到列车空调整机性能。 需要测试的包括冷凝器换热风机及蒸发器换风机多种。以ISO 5801国际标准、GB1236-85国家标准以及GB/T2888-91国家标准为研制依据,研制成功矩形截面出口侧试验风室一台。测试风机性能参数范围:流量Q=600~13000m3/h;静压Pst=0~800Pa;功率N=0~3000W。风室内部有效尺寸为2.5m×2.5m的正方形。风机旋转轴离地面高度1.5m,内部有效总长6m。风室内安装AMCA标准喷嘴8只,喷嘴的不同组合可适应不同被测风机的测试要求。在风室测量喷嘴前后各布置一套整流风,穿孔率分别为60%、50%、45%。选用特制离心式机翼形叶轮6#辅助风机,由变频驱动。通过流量调节风阀改变风机试验的工况点,在试验中调节风阀与辅助风机配合使用,调节被测风机流量自“零”至“零静压流量”为止。 试验室被测风机声场进行了消声处理,包括风室降噪、辅助风机降噪和反射声场降噪。风室材料选用75mm厚夹芯彩色泡沫钢板,在辅助风机的进口与出口分别装设有筒形消声管道和弧形扩压消声管道,测试风机声场区域反射表面全部粘贴了聚胺脂泡沫吸声板。 信号采集包括压力、功率、电流、温度、湿度、转速及噪声等,信号通过端子板与工控机相联。工控机采样信号并控制变频器及调风阀开度。风机动力性能计算结果包括实测噪声比A声级及指定条件噪声。测试系统软件用Visual Basic开发,操作者只需通过鼠标点击即可进行自动测试。自动测试一台风机约需10分钟。输出报表共三页,包括测试工况计录,计算结果及风机性能曲线图。该系统具有以下的特点: 1.风室设计简洁规整。室内多喷嘴更换组合方便。 2.对声场的降噪做了特殊处理。包括墙壁的吸声和辅助风机降噪。 3.操作软件清晰明了,操作简便。自动化程度高。 4.同时符合了国际国内标准。
上海理工大学 2021-04-11
密封材料与元件性能测试与评价
1. 项目概述密封材料的性能主要包括密度、横向抗拉强度、柔软性、耐油性、烧失量等;它们是筛选和评价密封材料的依据。垫片的性能为密封元件的整体性态,可分成两类:一是与垫片质量控制有关的指标,如压缩率、回弹率、应力松弛率和泄漏率等;二是与连接结构的规范设计方法有关的垫片性能参数,如 m,y 值等。本研究室具有完善的测试装备和仪器,包括压缩回弹试验机、多功能全自动垫片综合性能试验机、垫片应力松弛试验机、非金属材料力学性能试验机、非金属密封材料结构分析系统、垫片加速寿命试验系统等。可为密封材料和元件生产和使用部门提供相关分析、测试和评价服务,为产品质量控制和新产品研发和连接设计参数的确定提供技术支持。此外可提供密封连接设计、选用、紧密性评价、可靠性维修等方面的技术服务,并已开发相应的专家系统。2. 技术优势: 原化工部静密封检测中心挂靠单位;20多个国家标准和行业标准起草单位;全国管路附件标准化技术委员会委员、化学工业专用密封标准技术委员会委员单位。3. 技术水平:国内领先,获奖成果
南京工业大学 2021-04-13
火电机组性能诊断(无产品,仅为意向)
项目概况 基于实时、历史数据库或热力试验数据,对大型火电机组各项性能指标进行分析计算、能损诊断、运行优化、性能试验,全厂综合分析,为机组节能运行提供指导。
南京工程学院 2021-04-13
油气分离器设计及性能优化
在喷油压缩机系统的诸多性能评价指标中,油气分离器的分离效率是非常关键的一个指标。对于喷油空气压缩机来说,油气分离器分离效率的高低不仅决定了压缩机系统的耗油量,更重要的是分离效率的高低直接决定了压缩空气的纯净度,进一步影响到其实际使用范围和市场前景。对喷油制冷压缩机来说,油气分离器分离效率的高低还直接影响到热交换器的换热效率。压缩空气中油的质量浓度一般要求达到2-3ppm,而一般喷油压缩机排出的油气混合物中油的含量比较高,尤其是高压比的压缩机,因此工程上通常采用两级分离,即先通过一次分离(机械碰撞法)将大部分油滴分离出来,再将剩余的低浓度油气混合气用多孔滤网分离出来。很显然,油气分离器一次分离效率的高低对分离器总的分离效率有着至关重要的影响。因此,提高油气分离器一次分离效率是提高油分离器总的分离效率的关键所在。分离器结构形式多种多样,目前尚未形成统一的设计标准,设计或选型主要依靠经验数据,具有较强的主观性,往往达不到最佳分离效果。该研究成果是在国家自然科学基金委项目的支持下,结合多年在压缩机系统性能方面理论研究和试验研究的积累,通过理论分析和数值模拟,研究油气混合气在分离器内的流场分布和油气分离机理,并在此基础上对分离器一次分离结构提出改进措施;同时有搭建的喷油压缩机系统性能测试试验台,能够对不同运行工况下,不同结构型式的油气分离器效率及含油分布进行测量。
西安交通大学 2021-04-11
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