邹树平[1]2007年在《微藻热化学液化的实验研究》文中研究指明热化学液化是高效的生物质转化技术，能够将生物质材料转化为液体燃料或高附加值的化学品。将农产品加工废弃物—微藻藻渣，通过热化学液化技术转化为燃料生物油，不仅找到能够替代石化资源的可再生资源，而且可以为我国农业开拓一个新的发展领域，使大量农产品加工废弃物的资源得到增值转化，高效利用，进而减少对环境的污染，促进农业、农产品加工业的可持续发展。本文进行了盐藻生物质热化学液化的实验研究，主要研究内容如下：1．采用通过热重分析手段研究了盐藻在室温至900℃下的热解行为和特性；采用等转化速率法和主曲线法对盐藻热解过程进行动力学分析。研究结果表明：热解过程随温度升高经历叁个不同阶段；随着升温速率增大，热解的初始温度和峰值温度均增大，且总失重量明显增加；表观热解反应遵循单一动力学机理模型，反应动力学过程为简单级数反应机理模型F_n，反应表观平均活化能E_α为146.3kJ／mol，指前因子A为4.28×10~(13)s~(-1)，指数n为2.4。2．采用容量为50ml的间歇式高压反应釜进行了亚／超临界水中的直接液化研究。当以水作溶剂，重点考察了反应温度、反应停留时间、料液比等因素对液化率和油产率的影响。结果表明：当以水作溶剂，料液比为4g原料／100ml水，在反应温度340-380℃、反应时间60min时，可获得较高的液化率与油产率；3．采用常压反应器对盐藻常压催化液化进行了研究。试验了不同的液化剂和催化剂对液化效果的影响；并运用中心组合设计及响应面分析(RSA)，建立了预测盐藻液化率的数学模型。研究结果表明：乙二醇溶剂是高效的液化剂，98％浓硫酸是一种高效的催化剂；液化温度、液化时间与催化剂用量及其交互作用对液化率都有显着影响；最佳工艺条件为98％浓硫酸用量2.4％，液化温度170℃，液化时间33min，在此条件下液化率达到97.02％。
高建永[2]2008年在《催化生物质加氢液化的实验研究》文中进行了进一步梳理生物质做为一种可再生资源,已成为受人关注的替代化石燃料的能源之一。我国是一个拥有丰富生物质资源的农业大国,研究生物质的催化液化不仅在理论上丰富生物质的催化转化过程,而且在能源领域又具有重要的战略意义。以王草的高压加氢液化作为探针反应,研究生物质高压加氢液化过程。液化过程在240℃～300℃、压力10MPa～14MPa下进行,反应时间(10min～40min),液化催化剂、液化溶剂(水与甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇)和用量等因素对液化行为的影响。结果表明,当以水作溶剂,给料比为8g原料/100mL水时,在反应温度280℃,反应压力在10MPa～14MPa,反应时间10min,KBH_4添加量为1/30(催化剂/原料,W/W)的反应条件下,王草液化的重油收率可高达30%。由于生物质具有多样性,我们着重研究了竹叶、榕树叶、甘蔗渣、稻草四种农林废弃物的液化过程,得到了四种农林物废弃物的催化剂下的催化液化结果和非催化液化结果,结果表明,给料比为8g原料/100mL水时,在反应温度240℃～280℃,反应压力在10MPa～14MPa,反应时间10min,KBH_4添加量为1/30(催化剂/原料,W/W)的反应条件下,四种农林物废弃物液化获得的最高重油产率在12%～23%之间。对五种农林物废弃物催化液化产物的氮、碳、氢、氧元素组成进行分析并给出相应产物的HHV计算值,并对液化后的残渣进行了XRD和TG表征测试,结果表明,农林物废弃物液化重油碳元素含量比原料中碳元素的含量增加30%,氢元素含量增加1%,氧元素降低20%,重油的HHV值达30MJ/kg。对五种生物质进行了热解动力学研究,在主导热解区间生物质热解属于一级动力学方程。液化是农林物废弃物转化为生物燃料、有效利用农林废弃资源的有效手段。
冯君锋[3]2018年在《木质纤维生物质定向液化和产物提质演变的机理研究》文中研究表明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C_α-C_(aromatic)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,探索生物质原料叁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。
王海雷[4]2009年在《生物质超临界液化的实验研究》文中进行了进一步梳理超临界生物质液化是利用超临界状态下的水作为反应介质,生物质在其中进行热解、氧化、还原等一系列热化学反应的过程。主要的气相产物是氢气、二氧化碳、一氧化碳、甲烷和含C_2-C_4的烷烃等可燃的混合气体,主要的液相产物是多糖及一些小分子的有机物。生物质能源来源广泛,利用超临界水将生物质液化制取燃料和有用化学品,是一种新型、高效的可再生能源转化和利用过程,具有很高的能量转化效率、很强的有机物无害化处理能力;与生物质的可再生性和水的循环使用相结合,可以实现能源转化利用与大自然的良性循环,值得深入开展研究工作。本论文利用自行设计建造的一套间歇式超临界水生物质液化实验装置上,进行实验,主要研究在超临界水环境中,以实际生物质为原料,围绕液化过程中生物质的液化率,液相产率及液相组分的含量等指标,研究反应温度、压力、反应物质量、停留时间、催化剂等因素对液化反应的影响规律;用气质联用进行了液相产物的定性定量分析,认识了中间产物的产生、转化过程,深入研究了超临界水中生物质液的反应路径和反应机理,获得了生物质液化最佳工艺和最佳工艺参数。首先,在超临界水中,以实际生物质为原料,对生物质液化工艺的有效性和主要影响因素进行了实验考察。通过对液相产物的综合分析,明确了生物质在超临界水液化过程中发生的一系列反应,以及新生成的大量中间产物。这些中间产物并不稳定,随着温度的升高和停留时间的延长,最终生成小分子的醛、酸以及气体等。从而对现有的关于超临界水中生物质液化的反应路径和反应机理的认识,得到了拓展和加深。实验研究结果表明,对于实际生物质来说,压力是反应过程的主要影响因素。在一定压力范围内,随着压力的升高,液化效果进一步提高。反应停留时间一般10min左右可得最好液化效果,随反应物的不同略有不同,但反应时间过长对于液化效果都无帮助。反应温度对液化效果也有一定的影响,在超临界以上高温有助于液化,但在临界点附近影响不大。催化剂对超临界水中生物质液化的影响很大,结果表明,碱式催化剂可以有效地改善液化效果,可以促进环状化合物的开环及异构化反应的进行。但催化剂的使用带来的环境污染及复杂的后续处理问题是不容忽视的。
何建辉[5]2006年在《生物质直接液化的实验研究》文中研究指明能源问题是全球的重大问题,为了解决能源紧张给社会经济生活带来的影响,替代能源逐步成为人们研究和关注的问题。生物质能是一种有效的替代能源,可以缓解能源的紧张问题。我国生物质能资源比较丰富,对生物质能的利用,把生物质能转化为液体燃料是个新的开发和研究方向。 为了更好的利用生物质能,本文进行了生物质直接液化的实验研究,主要研究内容如下: 1.设计一个生物质直接液化试验装置。根据生物质直接液化反应的特点,以及相应的试验要求,设计一个直接液化装置。该装置能满足各种生物质直接液化反应的特殊要求,可以控制液化反应的主要参数,以了解反应参数对直接液化反应的影响; 2.进行了亚临界/超临界水中木质生物质的直接液化试验研究。着重研究了木质生物质在有/无催化剂条件下,主要反应参数对木质生物质直接液化反应过程的影响,并利用红外光谱仪和色谱/质谱联用仪对直接液化产物进行了分析,了解反应条件对直接液化过程的影响。 3.进行木质生物质在乙醇中的直接液化研究。着重研究了在碳酸钠作催化剂,以乙醇为溶剂的条件下,木质生物质的直接液化反应,并利用红外光谱仪和气相色谱/质谱联用仪对直接液化产物进行了分析,了解反应条件对液化过程的影响。 4.初步进行了其他不同溶剂、不同催化剂以及还原气体的木质生物质直接液化研究。根据先前的试验结果,论文还进行了以丙酮作为溶剂的木质生物质直接液化研究,同时还选用碳酸钾、钼酸胺为催化剂,在不同溶剂中进行了木质生物质的直接液化研究。
王立华, 袁兴中, 曾光明, 佟婧怡, 李辉[6]2009年在《生物质水热法催化液化的实验研究》文中认为选用常见废生物质木屑为原料,以分步离子交换法制备的Ni、Fe金属改性分子筛为液化催化剂,在高温高压反应釜中进行水热法催化液化的实验研究。运用扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)对催化剂的性质进行表征,重点考察催化剂对生物质液化行为的影响。在280℃、10min条件下的实验结果表明催化剂能有效促进生物质的低温水热法液化,以NiHZSM-5为催化剂可使木屑催化液化的总产率由20.69%提高到31.36%,且增加的产量中有机水溶物占93.92%,说明NiHZSM.-5催化剂可以选择性催化液化生物质。
江小艳[7]2009年在《泡桐在水中以铁为催化剂直接液化的实验研究》文中指出为解决由于石油短缺而引起的能源危机与使用化石能源造成的环境污染问题,众多的学者开始研究清洁的可再生能源。生物质是惟一能转化为液体燃料并可储存运输的可再生能源,能够使生物质转化为液体燃料的直接液化技术反应条件相对温和,对设备要求相对较低,易于形成工业化生产。在众多的生物质液化介质中,水最为廉价,无毒、无害,不污染环境,研究和开发在水中直接液化生物质的技术具有重要意义。本文以原产于我国,分布广泛,繁殖容易,量大价廉的速生林木泡桐为原料,铁粉为催化剂,在1L间歇高压釜中研究泡桐在水中的催化液化。在泡桐60g,水360ml,搅拌转速300r/min的基本条件下,考察了反应温度、停留时间和催化剂量的变化对生物油产率、固体残渣产率和气体产物组成的影响,分析了生物油的成分特征,测定了铁催化剂在液相和残渣中的分布情况,为今后可能的工业化生产提供基础数据。在温度280℃-360℃,停留时问10min-50min,催化剂量0g-12g的范围内考察各因素变化对反应的影响,发现随反应温度升高,生物油产率先升高后降低,残渣产量先降低后升高,停留时间较长时生物油产率降低,残渣产率升高,随着催化剂量的增加生物油产率增加,残渣产量降低,但当催化剂量大于泡桐原料量10wt%以后,油产率的增加和残渣产率的减小已不明显。较好的反应条件为温度320℃-340℃,停留时间10min-30min,催化剂量6g,重油产率35%左右,总油产率50%左右,残渣产率13%左右。液化得到的生物油是一种黑褐色的粘稠状液体,酸性较强。使用红外光谱仪对生物油进行红外分析,通过生物油官能团吸收峰位置判断生物质液化产物所含有的有机物的种类,发现生物油成分复杂,含有脂肪类、芳香类、有机酸、醛、酮、醇、酚、醚、酯等成分。使用气相色谱研究分析了不同反应条件下的气相产物,发现气相产物的主要成分是CO_2、CO和CH_4,在产油率较高,残渣率较低的反应条件下,温度320℃-340℃,停留时间10min-30min,催化剂量6g时,CO_2的比例大于80%,CO的比例小于20%,CH_4的比例在1%左右。使用紫外分光光度法对不同反应条件下液化后溶液和残渣中的铁含量进行了分析,液化后液相中仅含有极少量的铁离子,且主要是Fe~(2+)形式存在,Fe~(3+)含量很少;大量的铁存在于残渣中,包括Fe~0、Fe~(2+)和Fe~(3+)叁种价态,残渣中的二价铁约占60%,单质铁约占30%,同时存在少量叁价铁。
郑怀玉[8]2014年在《木质生物质醇解液化的研究》文中研究说明随着石化资源引起的能源安全和环境污染问题日益严峻,利用可再生生物质资源通过热化学转化获取能源和化学品越来越受到人们的关注。生物质热化学转化方法有热解、液化、气化等,生物质液化因反应条件温和而具有工业应用潜力。传统液化方法常采用无机液体酸为催化剂,尽管它们催化性能优异,但是其强氧化性易引起设备腐蚀、生产安全和环境污染等问题,一定程度上限制了传统液化技术的工业化。因此,寻找一种“绿色”、高效的催化剂有利于生物质液化的发展。本文以磺酸型离子液体或磷钨杂多酸为催化剂,以杉木屑为生物质原料,探讨了这两类”绿色”酸催化剂在木质生物质醇解液化中的应用,为生物质“绿色”、高效液化技术的开发提供理论基础和实践依据。一方面,分别以合成的四种酸性含HS04-的咪唑基离子液体为催化剂,以正辛醇为溶剂,研究了杉木屑在离子液体中的液化过程。首先,以硫酸作为对比,从四种合成的离子液体中筛选出催化性能最佳的离子液体。其次,以筛选的离子液体为催化剂,通过单因素实验,考察了液化温度、催化剂浓度、原料粒径等因素对离子液体中杉木屑液化的影响。另外,采用傅立叶红外光谱仪(FTIR)、X射线衍射仪(XRD)、热重分析仪(TG)等对离子液体和液化产物进行了表征。离子液体筛选实验结果表明,合成的离子液体能有效催化杉木屑液化,其中1-甲基-3-丁磺酸基咪唑硫酸氢盐离子液体([Bsmim]HSO4)的催化性能最佳,接近硫酸的催化性能。单因素实验结果表明；最佳的液化条件为木屑用量10g、平均粒径为1.265mm、液固比6：1、反应温度为150℃、催化剂质量浓度5wt%、反应时间60min,此时液化率为78.4%；液化油的得率与液化率直接相关,液化过程中存在木材降解反应和中间产物再聚合反应的竞争关系。液化产物表征结果表明：木质素较半纤维素、纤维素难液化；液化过程中木材主要组分半纤维素、纤维素、木质素有序解构、解聚、液化；生物质油的高热值(HHV)是原料的2倍以上,燃烧性能良好；轻油主要源自纤维素和半纤维的降解产物,而木质素的液化产物则富集在重油中；正辛醇既可作为溶剂,同时也参与了液化反应,有利于提高轻油的辛烷值；轻油组分较复杂,主要为酯类、醚类、烷烃、醛类等化合物,可直接作为液体燃料。另一方面,以磷钨酸为催化剂,在高压反应釜中探讨杉木屑的超临界乙醇液化,考察了催化剂用量、反应时间、反应温度对杉木屑液化率的影响,并采用傅立叶红外光谱仪(FT-IR)和气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)对液化残渣和液化油产物进行了表征。结果表明：在超临界乙醇的环境中,磷钨酸具有优越的杉木屑催化液化性能；当反应温度260℃、反应时间30min、催化剂用量0.5g时,杉木屑液化率可达95.35%；液化残渣中含有磷钨酸催化剂和木质素衍生物；液化油产物含有较多的酯类,苯酚及其衍生物,有利于进一步精制成燃油或化学品；乙醇既是溶剂也是反应物。
龙潭[9]2014年在《生物质热解气冷凝及生物油燃烧的实验研究与数值模拟》文中研究说明生物质作为绿色洁净的可再生能源,具有良好的开发应用前景。在无氧和中温(500℃左右)条件下,通过快速热解可以将生物质转化为热解气和炭粉,热解气再经过快速冷凝获得生物油和不凝性的可燃气。热解气的冷凝效果不仅影响生物油的产率和组成,而且对生物油的品质也有重要影响。现阶段生物油最为经济的应用方法是直接燃烧。基于此背景,本学位论文通过分析生物油的理化特性、蒸发和燃烧特性、雾化特性以及生物质热解气的性质,建立了生物油和热解气的模型化合物体系,并通过实验和数值模拟技术研究了热解气冷凝和生物油燃烧特性。分析了生物油的元素组成、化学成分、以及水分、热值、粘度、表面张力、比热容和密度等物性参数,并对测量方法进行了介绍和总结；详细地阐述了水分与热值之间的关系以及生物油-低碳醇体系的粘度和表面张力随温度的变化情况；分析了不可冷凝气的组成成分,并对其物性参数进行了计算。研究结果表明：生物油的碳含量较低、氧含量较高、氮和硫含量几乎为零；水分含量约30%；稻壳生物油的干基热值约为23.4MJ/kg。生物油-低碳醇体系的粘度随着温度增加逐渐降低并趋于恒定；生物油的表面张力与温度呈线性递减的关系；生物油-低碳醇体系的粘度和表面张力随着醇类物质添加量的增加而降低。不可冷凝气主要由CO、CO2、N2、H2、CH4等气体组成,通过计算得到了不可冷凝气的平均密度、分子量、热值和比热容等物性性质。采用热分析技术研究生物油的蒸发和燃烧特性,并进行了动力学分析。结果显示：生物油的蒸发过程分为低沸点物质挥发和大分子裂解两个阶段,生物油的燃烧过程分为低沸点物质挥发、大分子裂解和焦炭燃烧叁个阶段。一级反应模型和叁维球形收缩模型在中低温区对生物油的蒸发和燃烧动力学拟合度较高,而叁维球形扩散模型在高温区对生物油的蒸发和燃烧动力学拟合度较高。在中低温区生物油的蒸发活化能在50-65kJ/mol的区间内,燃烧活化能在40-50kJ/mol的区间内,说明燃烧比蒸发更加容易发生；焦炭燃烧过程(第叁阶段)的失重活化能为87.55kJ/mol,燃烧放热活化能为106.62kJ/mol。采用高速摄影仪和MATLAB软件对生物油雾化特性进行了实验研究。当生物油温度为35℃时,随着蠕动泵转速的增加,生物油的雾化角呈先增大后减少的变化趋势,其最大值为47.10。。随着喷射距离的增加,生物油液滴的索特平均直径(SMD)呈现先增大后减小再缓慢增加的变化趋势,而液滴数目呈现先减小后增加的变化趋势。在生物油温度为35℃、蠕动泵转速为300r/min的条件下,雾化液滴的冷凝和燃烧效果最好。通过对生物油进行GC-MS和TG-DSC分析,建立了4个可冷凝气的五组分模型。对比生物油与可冷凝气模型的元素组成、水分含量和TG-DSC曲线,结果发现：误差最小的模型组成为CH3OH、H2O、CH3COOH、C5H4O2和C6H5OH,质量百分数依次为：32.62%、44.62%、13.12%、4.45%和5.19%。通过对不可冷凝气进行气相色谱分析,建立了不可冷凝气的4组分模型,其组成为CO、CH4、CO2和N2,质量百分数依次为：32.16%、4.44%、38.58%和24.81%。通过分析热解液化实验的气液产率比,将可冷凝气与不可冷凝气的模型化合物整合为9组分的热解气模型。利用Aspen Plus软件,对流量为700kg/h、温度为450℃的热解气冷凝过程进行模拟。模拟结果表明：喷淋液流量为9107kg/h,冷却水流量为6523kg/h,生物油出口温度为40℃；列管式换热器的换热面积为20.50m2,总换热功率为192.4kW,总传热系数为850.0J/(s·m2·K)。建立了热解气两级冷凝实验装置,第一级以恒温甘油为冷凝介质对热解气进行直接接触式冷凝,第二级以液氮为冷凝介质进行间接接触式冷凝。结果显示：在甘油温度为110℃时,第二级冷凝器收集到的生物油品质最好,干基热值最高(28.90MJ/kg),水分产率和乙酸产率均达到最低值,分别为9.3%和0.368%。该冷凝方式不仅可以提高生物油的品质,还能对水和酸进行初步分离。建立了一套生物油雾化燃烧系统,并进行了生物油雾化燃烧实验。生物油着火点温度较高,生物油雾化液滴需要在环境温度约为250℃且有明火的条件下才能点燃,并能够在10分钟内实现稳定燃烧。生物油完全燃烧时,CO排放量低于80ppm,NO排放量低于100ppm,符合锅炉烟气排放标准。通过增加生物油流量、供氧量和燃烧室内径以及降低燃烧室外壁面的散热速率等手段,提高燃烧室温度,最高可达1400K以上。采用FLUENT软件对上述燃烧系统进行了叁维数值模拟,结果与热重分析类似。生物油的燃烧过程可分成叁个阶段：第一阶段主要为小分子物质的蒸发；第二阶段主要为生物油燃烧和大分子物质的裂解,并伴随着小分子和焦炭物质的生成,同时,小分子成分从生物油雾化液滴中逸出并燃烧；第叁阶段主要为焦炭的燃烧。在燃烧室的后半段,当空气流量不变时,随着生物油流量的增加,燃烧室温度呈先增加后减少的变化趋势,02含量逐渐降低,CO2含量逐渐增加并趋于恒定,CO含量迅速增加,NO含量变化不大；当生物油流量不变,空气过量系数从0.8增加到1.4时,燃烧室平均温度略有降低。可以采用该模型对生物油燃烧实验进行模拟。
石燕[10]2017年在《基于组分的生物质共溶剂热解液化机理研究》文中研究指明生物质热解液化技术是将低品位生物质能转变为液体燃料的有效途径之一,是目前世界上生物质能研究开发的前沿技术,然而由于生成的生物油成分的复杂性以及性质的不稳定性,限制了该项技术的工业化生产应用。为了使生物质热解液化达到较高的原料转化率、生物油产率,生成的生物油品质有所提升,本文基于生物质的成分构成,对生物质共溶剂热解液化机理进行了较为系统的理论和实验研究。采用商业的纤维素、木聚糖、木质素为原料,以聚乙二醇、丙叁醇作为溶剂,通过热重红外联用技术对比分析了纤维素、木聚糖、木质素热解以及在不同种类溶剂辅助作用下的热解液化行为,发现不论是纤维素、木聚糖还是木质素,相对于共溶剂热解液化过程,单纯的热解过程的最终残留物质量最高,说明添加溶剂有利于生物质的降解,并且以丙叁醇作为溶剂时更利于降解,共溶剂热解液化效果更佳。另外,通过等转化率法以及Malek法求得纤维素、木聚糖、木质素热解以及它们在聚乙二醇、丙叁醇辅助热解液化时的表观活化能、频率因子和反应机理函数,也得到一致的结论。运用热裂解色谱质谱联用技术探究了典型工况下纤维素、木聚糖、木质素的共溶剂热解液化产物组成和产物分布。纤维素的共溶剂热解液化过程生成了较多的呋喃类、酯类、醇类和吡喃类物质,对纤维素在聚乙二醇、丙叁醇辅助热解液化时生成的产物种类及产物分布差异的原因作了深入分析,发现纤维素以聚乙二醇作为溶剂时生成的生物油品质更高;木聚糖的共溶剂热解液化过程生成了较多的呋喃类、酯类、醇类和醚类物质,相对于以丙叁醇作为溶剂的过程,木聚糖以聚乙二醇作为溶剂时生成了较多的酮类、醛类以及较少的酯类物质,并对产生这种差异的原因进行了分析;木质素在多元醇辅助热解液化过程中主要生成了酚类、酯类、醇类和醚类等物质,相对于以丙叁醇作为溶剂的过程,木质素在聚乙二醇辅助热解液化时生成了更多的酚类和更少的酯类化合物,从作为燃料的角度而言,木质素以丙叁醇作为溶剂时生成的生物油品质更高,但木质素在聚乙二醇辅助热解时生成的较多的酚类物质也是生产新型材料不可多得的潜在资源。基于单纯形格子法,将生物质叁大组分按照不同的配比合成生物质,对各个合成生物质样品在热重分析仪上研究其共溶剂热解液化动力学和相互影响,叁大组分共溶剂热解的失重速率曲线没有各自明显的特征,它们之间有着虽小但不可忽略的影响,叁组分之间的协同作用与反应温度以及各组分之间的比例密切相关。然后选取典型的生物质组分份额进行配比合成生物质,运用热裂解色谱质谱联用技术探究了典型工况下合成生物质的共溶剂热解液化产物组成和产物分布。合成生物质在聚乙二醇辅助热解液化生成的生物油中含较多的酚类、酯类和醇类物质,而酸类、酮类和呋喃类物质含量相对较少。通过比较单组分生物质和不同配比合成生物质共溶剂热解液化生成的生物油主要成分发现,合成生物质中的木质素含量较高会促进酸类物质的生成,生物质叁组分的混合比例对酮类、呋喃类化合物的生成有一定的影响;纤维素和半纤维素的共溶剂热解液化产物对木质素共溶剂热解生成酚类化合物有一定的抑制作用;对于酯类化合物来说,合成生物质共溶剂热解液化都生成了较多的酯类物质,生物质叁组分不同的配比促进了酯类化合物的生成。
参考文献：
[1]. 微藻热化学液化的实验研究[D]. 邹树平. 石河子大学. 2007
[2]. 催化生物质加氢液化的实验研究[D]. 高建永. 广西大学. 2008
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[4]. 生物质超临界液化的实验研究[D]. 王海雷. 大连理工大学. 2009
[5]. 生物质直接液化的实验研究[D]. 何建辉. 合肥工业大学. 2006
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[7]. 泡桐在水中以铁为催化剂直接液化的实验研究[D]. 江小艳. 郑州大学. 2009
[8]. 木质生物质醇解液化的研究[D]. 郑怀玉. 福建农林大学. 2014
[9]. 生物质热解气冷凝及生物油燃烧的实验研究与数值模拟[D]. 龙潭. 中国科学技术大学. 2014
[10]. 基于组分的生物质共溶剂热解液化机理研究[D]. 石燕. 南京师范大学. 2017
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