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            山東省清潔能源工程技術研究中心

            主  任:姚福生 博士、教授、博士導師、中國工程院院士

            副主任:易維明 博士、教授、博士導師

            山東省清潔能源工程技術研究中心成立于1999年,隸屬山東省科技廳,掛靠在山東理工大學。中心有兩個主要研究方向:生物質能源技術開發和燃料電池技術開發。目前有科研人員16名。正在培養博士研究生4名、碩士研究生16名;合作博士后1名。

            在生物質能源技術開發方面主要進行生物質裂解液化相關研究。先后獲得了山東省、教育部、科技部科技計劃的支持。

            生物質裂解液化技術是生物質粉末在極高加熱速率(也稱為閃速加熱,達到103~104K/s)條件下,生物質分子結構發生裂解,形成裂解蒸汽。迅速冷卻這些蒸汽,防止二次裂解就能夠獲得大量的液體產物——生物油。一般而言,生物油得率可以達到50~80%左右。生物油的熱值在15~20MJ/kg,經過適當處理,可以作為燃料,也可以分離提取有價值的精細化工原料。

            早在1998年,中心科研人員開發了“等離子體加熱生物質水平攜帶床裂解液化裝置”,于1999年6月成功液化玉米秸稈粉末,制得了第一批生物油樣品。生物油得率達到50%左右。

            利用制得的生物油,進行了GC-MS檢測分析,獲得了有價值的基礎數據。學校購置了HP6890/5973N氣相色譜/質譜聯用儀,創造了研究條件。

            在此基礎上,設計了“陶瓷球加熱離心分離下降管式生物質裂解液化裝置”的工藝流程,分別于1999年底建設了第一代中間試驗裝置;2000年建立了第二代中間試驗裝置;2003年建立了第三代中間試驗裝置;2004年建立了第四代中間試驗裝置。申請并獲得了2項發明專利和3項實用新型專利。

            2001年底,憑借當時建立的具有自主知識產權的第二代中間試驗裝置,投標國家“863”計劃成功(項目編號2001AA514030,2003AA514030;名稱生物質裂解液化技術),獲得了200萬元資助。為開展該項技術的深入研究創造了條件。至2005年12月項目驗收時,建立的第四代中間試驗裝置采用生物質燃燒提供熱裂解熱源、陶瓷球熱載體加熱并循環利用、設備能力200千克/小時。成為國內最大的生物質裂解液化裝置。

            在進行具體生物質裂解液化工藝與裝置的開發過程中,因為需要優化工藝、改進設計,對于生物質在閃速加熱條件下的揮發特性數據提出了需求。為此,我們借鑒在粉煤閃速加熱條件揮發特性研究使用的層流爐,改進熱源為氬氣等離子體。使得層流爐內部溫度更加穩定一致,實驗數據更加可靠。通過申請于2003年底獲得了國家自然科學基金的資助(項目編號50376031,名稱 閃速加熱條件下生物質熱揮發特性的研究)。

            在進行層流爐實驗過程中,分析生物質顆粒在層流爐內部的停留時間是很關鍵的。這必須要了解層流爐內部的流動規律。而對于層流狀態的流動,最好的測量手段就是PIV(粒子圖象速度儀)。學校對于我們大力支持,購置了PIV測量系統。

            利用PIV系統,先后對水平攜帶床和層流爐進行了流場研究得到了很有指導意義的結論。

            通過基礎研究,獲得的生物質揮發特性和流動數據,借助必要的軟件,可能對生物質在下降管內部的熱解規律進行仿真預測,從而達到理論指導實驗的目的。我們又申請獲得了國家自然科學基金的資助(項目編號50576048,名稱 固體熱載體加熱條件下粉狀生物質熱裂解規律的研究)。

            上述研究工作正在進行中并據此培養了多名研究生。

            多年來,在生物質裂解液化相關研究中,取得了如下的研究成果:

            1 在技術開發方面

            設計了4代中間試驗裝置,具有自主知識產權。建立了國內最大的生物質裂解液化系統。

            對于生物油的應用,開展了生物油/柴油乳化燃燒技術探索。獲得了穩定的乳化燃油和配方工藝。乳化燃油成功應用于拖拉機發動機。

            2 在基礎研究方面

            對生物油開展了GC-MS檢測分析、元素分析。

            開展了多種生物質揮發特性研究。獲得了大量數據

            開展了裝置冷態PIV測量研究

            3 發表論文40余篇,其中SCI/EI檢索28篇。


              等離子體加熱水平攜帶床         HP6890/5973N色質聯用儀


                 PIV系統                     小型流化床系統

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