生物质热解液化过程中炭的作用机理研究

发布时间：2020-04-16 11:10

【摘要】：生物质是唯一可转化为液体燃料的可再生能源。生物质液化是最有发展前景的生物质热转化利用方向之一。生物油催化提质成为目前研究的热点。由于复杂的结构特点和金属元素存在,生物炭的催化作用受到重视,并且其对认识快速热解过程中挥发分与炭间的交互作用不可忽视。因此全面了解生物炭与挥发分之间的交互作用对掌握生物质快速热解机理和实现生物油提质工艺都具有重要意义。棉秆炭和玉米秆炭被作为在线催化材料的催化热解实验中,催化段温度和生物炭催化作用共同调控生物油和不凝气的产率;随着催化段的温度升高,液体产率降低,气体产率增加;生物炭的添加会扩大这种趋势。温度升高会促进乙酸和丙酮醇等直链酮物质增加(玉米秆中乙酸增加较少),而生物炭催化作用下乙酸和直链酮不断裂解,环戊酮物质相对比较稳定甚至有少量增加。温度升高并没有促进酚类物质增加,甚至有所抑制作用,而生物炭催化作用大幅增加酚类物质的量,而且温度和生物炭都不同程度促进含氧和不饱和支链的酚类发生断裂、重整形成更多的烷基支链的苯酚。通过酸洗和负载Na、K、Mg、Fe调节金属含量的棉秆炭和玉米秆炭被作为在线催化材料的催化热解实验中,生物炭同样促进液体产率降低;气体产率增加。负载的金属和生物炭特性(孔隙结构和表面化学性质)对酚类的富集和酸类的裂解都有重要作用,棉秆和玉米秆炭表现上有一定的差异。炭催化后丙酮醇产率下降,环戊酮类物质总量上升,生物炭特性和金属共同作用形成,金属元素中Mg表现突出。生物炭催化作用后不同程度上增加了H2、CH4、CO、CO2与C2H6的产率,其中Fe对氢气的增长作用显著。催化炭的特性(含氧表面官能团和孔隙结构)和金属元素对挥发分的催化裂解、重整都是重要的影响因素。纤维素和半纤维素的Py-GC/MS催化热解实验中,棉秆炭催化促进纤维素中糖类物质裂解(C-FeCl3中单糖增加),酮类增加(主要增加环戊酮物质)并且促进5-羟甲基糠醛转化生成糠醛和5-甲基呋喃醛(产率增加)。棉秆炭催化半纤维素中酚类、醇类以及环戊酮物质增加;醇类的增加主要由于金属元素催化作用。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK6

【参考文献】

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本文编号：2629711