熔盐中农林废弃物热裂解制生物油的研究
发布时间：2021-09-08 13:39
农林废弃物是一类重要的生物质资源,其高效、清洁和能源化利用在促进经济发展、缓解能源紧张和保护环境等方面发挥着重要作用。生物质热裂解是生物质热化学转化技术的核心,能将生物质转化为易存储和运输且能量密度高的生物油和高品位的可燃气,应用前景广阔,备受世界关注。生物质热裂解过程中生物质原料的快速升温是获取高产率生物油的关键,熔盐具有热容量大和导热系数高等热化学特性,其组成离子能促进热裂解反应的进行,具备作为生物质热裂解热载体和催化剂的潜能。本文依托国家自然科学基金“熔盐作用下生物质催化热裂解与还原耦合过程的机理研究”（20876150）和教育部博士点基金“熔盐中农林废弃物快速热裂解制生物油的研究”（20103317110001）,对熔盐中农林废弃物热裂解制生物油进行了系统研究。本文以农作物秸秆和木屑等农林废弃物为研究对象,测定、计算了生物质原料中三种主要组分纤维素、半纤维素和木质素的含量、工业组成、元素组成和热值等热化学转化相关的特性参数,为分析生物质的热裂解特性提供了基础数据。采用热重红外联用技术（TG-FTIR）研究了水稻秸秆、合成水稻秸秆,以及三种主要组分纤维素、半纤维素和木质素的热裂解...
【文章来源】：浙江工业大学浙江省
【文章页数】：216 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－１?Ｑ然界中的生物质循环１４’５］??生物质能蕴藏在植物、动物和微生物等有机物中，由太阳能转化而来
?浙江Ｔ业大学博士学位论文???纤维或细胞壁组分，以及灰分，其主要组成如图１－２所示（以木质生物质为例）。其??中，萃取物是指在植物或动物组织中存在、能够用溶剂分离且通过溶剂蒸发回收??的物质，如蛋白质、油脂、淀粉和糖类等。细胞壁提供植物足够的结构强度，使??其能在没有支撑的情况下直立，典型的细胞壁主要由碳水化合物和木质素组成。??碳水化合物主要是纤维素或半纤维素为植物结构提供强度，木质素和纤维结合在??一起。灰分是生物质中的无机组分［３］。??／？?＼??木质生物质组分??，??Ｉ?」?，???＇?￣￣（?—）?（?????萃取物?细胞壁组分?灰分???，??Ｉ????ｘ??＼?（???Ｎ?厂?＞??纤维素?半纤维素?木质素??Ｓ??／?Ｖ?Ｖ???’??图１－２木质生物质的主要组分??植物的细胞中存在一层外部初生壁和内部次生壁。相邻的细胞之间通过胞间??层连接，胞间层主要由木质素组成。次生细胞壁主要由ＳＩ、Ｓ２和Ｓ３三层组成（如??图１．３所示），靠近Ｓ３层的是中心的流体流动通道。最厚的Ｓ２层主要由大纤维组??成，这些大纤维由长纤维素分子和嵌入的半纤维素组成。木材细胞壁的组成与钢??筋混凝土的结构类似，纤维素束起着钢筋棍作用，而围绕在纤维素大纤维周围的??Ｓ１?初生细胞壁??：：麗?．．．．．?＼?Ｉ?？?＼?；??图１－３木质细胞的层结构（细胞横截面的实际形状未必如图所示ｆ１??
?浙江工业大学博士学位论文???半纤维起着水泥混凝土的作用。Ｓ２层中纤维素浓度最高，Ｓ３层中半纤维素浓度最??高。细胞壁中这些组成的分布如图１－４所示。??．??成?木赫??ｗ?＿ａｉｉ＾＝??丨??．．麵砮■＾＿寫．＿，．＇：■如．??Ｓ１?丨?Ｓ２?＾Ｓ３????次生细胞壁???Ｌ化合物胞间层??距离??图１－４细胞壁和层结构中纤维素、半纤维素和木质素的分布［３］??（１）纤维素??纤维素是地球上最普遍的有机物，是生物质细胞壁的主要组成部分［１（）］。生物??质中纤维素含量随着种类而不同，棉花中纤维素含量约９０ｗｔ．％，而大部分生物质??的含量约４０？６０ｗｔ．％［３］。纤维素是一种长链聚合物，通用分子式为（Ｃ６Ｈ１Ｑ０５）ｎ（ｉｉ是??聚合度，约１００００），分子量约５万？２５００万。纤维素由多个Ｄ－葡萄糖通过户（１－４）??糖苷键连接，几千个葡萄糖分子连接形成纤维素大分子，纤维素分子之间通过氢??ＣＨ，〇Ｈ??ｒ?１／?ｌ＞?ｌ／０Ｈ??卜＼，Ｃ＼，Ｃ＼，？Ｚ－??〇＼ｃ，卜。＾ｉ＼?／Ａ。、／??Ｚ｜?丨、ｗ?Ｉ??Ｃｈ７〇ｈ?ｈ?Ｃｈ，〇ｈ??图卜５纤维素的化学结构｜３］??６??
【参考文献】：
期刊论文
[1]农作物秸秆快速热解生物油主要成分分析[J]. 胡文静,郑冰漪,何亮,李瑞. 生物质化学工程. 2012(04)
[2]两步法预处理制备生物质燃料乙醇[J]. 王晓娟,冯浩,王斌,李志义. 农业工程学报. 2012(05)
[3]竹子蒸汽爆破法预处理及酶解获取可发酵单糖[J]. 诸力,邵千钧,赵云凤,马均军,刘建军. 农业工程学报. 2011(12)
[4]几种农作物秸秆的成分分析[J]. 赵蒙蒙,姜曼,周祚万. 材料导报. 2011(16)
[5]TG-FTIR技术对水氯镁石结晶热解过程的研究[J]. 倪前银,吴玉龙,杨明德,胡湖生,何勇锋,张立佳,党杰. 光谱学与光谱分析. 2011(07)
[6]木质纤维素生物质预处理技术的研究进展[J]. 胡秋龙,熊兴耀,谭琳,苏小军,贺应龙,刘祥华,易锦琼. 中国农学通报. 2011(10)
[7]木质素含量的检测方法[J]. 李海涛,姚开,贾冬英,何强. 皮革科学与工程. 2011(02)
[8]农业生物质能资源分析与评价[J]. 田宜水,赵立欣,孙丽英,孟海波. 中国工程科学. 2011(02)
[9]月桂酸甲酯加氢制月桂醇Cu/Zn催化剂的失活:甘油和三乙酸甘油酯的影响[J]. 黄辉,王劭泓,范春玲,王余杰,赵旭东,曹贵平. 工业催化. 2011(02)
[10]玉米秸秆中纤维素、半纤维素和木质素的测定[J]. 王金主,王元秀,李峰,高艳华,徐军庆,袁建国. 山东食品发酵. 2010(03)
博士论文
[1]CaO伴随生物质热裂解制油在线脱氧的实验研究[D]. 林郁郁.上海交通大学 2011
[2]转锥式生物质闪速热解装置设计理论及仿真研究[D]. 李滨.东北林业大学 2008
[3]生物质催化热解和气化的应用基础研究[D]. 李建芬.华中科技大学 2007
[4]畜禽粪便热解机理和气化研究[D]. 涂德浴.南京农业大学 2007
[5]生物质热裂解机理试验研究[D]. 谭洪.浙江大学 2005
[6]农作物秸秆的热解及在水中的液化研究[D]. 宋春财.大连理工大学 2003
硕士论文
[1]熔盐热裂解水稻秸秆动力学及试验[D]. 黄承洁.浙江工业大学 2011
[2]木质纤维素生物质预处理与水解过程的关键技术研究[D]. 王修胜.华东理工大学 2011
[3]熔盐热裂解生物质制备生物油的实验研究[D]. 王敏.浙江工业大学 2009
[4]凹凸棒石黏土催化裂解生物质气化焦油[D]. 石莹.合肥工业大学 2009
[5]不同种类生物质热裂解液化试验研究[D]. 方昭贤.浙江大学 2008
[6]竹废料微波裂解及其产物性质的研究[D]. 罗爱香.南昌大学 2007
[7]ZKR600三锥组合式快速裂解液化制油装置设计及理论研究[D]. 姜年勇.东北林业大学 2007
[8]生物质快速热裂解液化传热模型与试验研究[D]. 赵建辉.重庆大学 2006
[9]生物油及相关生物质原料的特性分析[D]. 王晓艳.吉林农业大学 2005
[10]生物质热裂解制取生物油的试验研究[D]. 刘艳阳.吉林农业大学 2005
本文编号：3390883
【文章来源】：浙江工业大学浙江省
【文章页数】：216 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－１?Ｑ然界中的生物质循环１４’５］??生物质能蕴藏在植物、动物和微生物等有机物中，由太阳能转化而来
?浙江Ｔ业大学博士学位论文???纤维或细胞壁组分，以及灰分，其主要组成如图１－２所示（以木质生物质为例）。其??中，萃取物是指在植物或动物组织中存在、能够用溶剂分离且通过溶剂蒸发回收??的物质，如蛋白质、油脂、淀粉和糖类等。细胞壁提供植物足够的结构强度，使??其能在没有支撑的情况下直立，典型的细胞壁主要由碳水化合物和木质素组成。??碳水化合物主要是纤维素或半纤维素为植物结构提供强度，木质素和纤维结合在??一起。灰分是生物质中的无机组分［３］。??／？?＼??木质生物质组分??，??Ｉ?」?，???＇?￣￣（?—）?（?????萃取物?细胞壁组分?灰分???，??Ｉ????ｘ??＼?（???Ｎ?厂?＞??纤维素?半纤维素?木质素??Ｓ??／?Ｖ?Ｖ???’??图１－２木质生物质的主要组分??植物的细胞中存在一层外部初生壁和内部次生壁。相邻的细胞之间通过胞间??层连接，胞间层主要由木质素组成。次生细胞壁主要由ＳＩ、Ｓ２和Ｓ３三层组成（如??图１．３所示），靠近Ｓ３层的是中心的流体流动通道。最厚的Ｓ２层主要由大纤维组??成，这些大纤维由长纤维素分子和嵌入的半纤维素组成。木材细胞壁的组成与钢??筋混凝土的结构类似，纤维素束起着钢筋棍作用，而围绕在纤维素大纤维周围的??Ｓ１?初生细胞壁??：：麗?．．．．．?＼?Ｉ?？?＼?；??图１－３木质细胞的层结构（细胞横截面的实际形状未必如图所示ｆ１??
?浙江工业大学博士学位论文???半纤维起着水泥混凝土的作用。Ｓ２层中纤维素浓度最高，Ｓ３层中半纤维素浓度最??高。细胞壁中这些组成的分布如图１－４所示。??．??成?木赫??ｗ?＿ａｉｉ＾＝??丨??．．麵砮■＾＿寫．＿，．＇：■如．??Ｓ１?丨?Ｓ２?＾Ｓ３????次生细胞壁???Ｌ化合物胞间层??距离??图１－４细胞壁和层结构中纤维素、半纤维素和木质素的分布［３］??（１）纤维素??纤维素是地球上最普遍的有机物，是生物质细胞壁的主要组成部分［１（）］。生物??质中纤维素含量随着种类而不同，棉花中纤维素含量约９０ｗｔ．％，而大部分生物质??的含量约４０？６０ｗｔ．％［３］。纤维素是一种长链聚合物，通用分子式为（Ｃ６Ｈ１Ｑ０５）ｎ（ｉｉ是??聚合度，约１００００），分子量约５万？２５００万。纤维素由多个Ｄ－葡萄糖通过户（１－４）??糖苷键连接，几千个葡萄糖分子连接形成纤维素大分子，纤维素分子之间通过氢??ＣＨ，〇Ｈ??ｒ?１／?ｌ＞?ｌ／０Ｈ??卜＼，Ｃ＼，Ｃ＼，？Ｚ－??〇＼ｃ，卜。＾ｉ＼?／Ａ。、／??Ｚ｜?丨、ｗ?Ｉ??Ｃｈ７〇ｈ?ｈ?Ｃｈ，〇ｈ??图卜５纤维素的化学结构｜３］??６??
【参考文献】：
期刊论文
[1]农作物秸秆快速热解生物油主要成分分析[J]. 胡文静,郑冰漪,何亮,李瑞. 生物质化学工程. 2012(04)
[2]两步法预处理制备生物质燃料乙醇[J]. 王晓娟,冯浩,王斌,李志义. 农业工程学报. 2012(05)
[3]竹子蒸汽爆破法预处理及酶解获取可发酵单糖[J]. 诸力,邵千钧,赵云凤,马均军,刘建军. 农业工程学报. 2011(12)
[4]几种农作物秸秆的成分分析[J]. 赵蒙蒙,姜曼,周祚万. 材料导报. 2011(16)
[5]TG-FTIR技术对水氯镁石结晶热解过程的研究[J]. 倪前银,吴玉龙,杨明德,胡湖生,何勇锋,张立佳,党杰. 光谱学与光谱分析. 2011(07)
[6]木质纤维素生物质预处理技术的研究进展[J]. 胡秋龙,熊兴耀,谭琳,苏小军,贺应龙,刘祥华,易锦琼. 中国农学通报. 2011(10)
[7]木质素含量的检测方法[J]. 李海涛,姚开,贾冬英,何强. 皮革科学与工程. 2011(02)
[8]农业生物质能资源分析与评价[J]. 田宜水,赵立欣,孙丽英,孟海波. 中国工程科学. 2011(02)
[9]月桂酸甲酯加氢制月桂醇Cu/Zn催化剂的失活:甘油和三乙酸甘油酯的影响[J]. 黄辉,王劭泓,范春玲,王余杰,赵旭东,曹贵平. 工业催化. 2011(02)
[10]玉米秸秆中纤维素、半纤维素和木质素的测定[J]. 王金主,王元秀,李峰,高艳华,徐军庆,袁建国. 山东食品发酵. 2010(03)
博士论文
[1]CaO伴随生物质热裂解制油在线脱氧的实验研究[D]. 林郁郁.上海交通大学 2011
[2]转锥式生物质闪速热解装置设计理论及仿真研究[D]. 李滨.东北林业大学 2008
[3]生物质催化热解和气化的应用基础研究[D]. 李建芬.华中科技大学 2007
[4]畜禽粪便热解机理和气化研究[D]. 涂德浴.南京农业大学 2007
[5]生物质热裂解机理试验研究[D]. 谭洪.浙江大学 2005
[6]农作物秸秆的热解及在水中的液化研究[D]. 宋春财.大连理工大学 2003
硕士论文
[1]熔盐热裂解水稻秸秆动力学及试验[D]. 黄承洁.浙江工业大学 2011
[2]木质纤维素生物质预处理与水解过程的关键技术研究[D]. 王修胜.华东理工大学 2011
[3]熔盐热裂解生物质制备生物油的实验研究[D]. 王敏.浙江工业大学 2009
[4]凹凸棒石黏土催化裂解生物质气化焦油[D]. 石莹.合肥工业大学 2009
[5]不同种类生物质热裂解液化试验研究[D]. 方昭贤.浙江大学 2008
[6]竹废料微波裂解及其产物性质的研究[D]. 罗爱香.南昌大学 2007
[7]ZKR600三锥组合式快速裂解液化制油装置设计及理论研究[D]. 姜年勇.东北林业大学 2007
[8]生物质快速热裂解液化传热模型与试验研究[D]. 赵建辉.重庆大学 2006
[9]生物油及相关生物质原料的特性分析[D]. 王晓艳.吉林农业大学 2005
[10]生物质热裂解制取生物油的试验研究[D]. 刘艳阳.吉林农业大学 2005
本文编号：3390883
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