生物油的高效分离与化学品提取
发布时间：2020-07-17 03:51
【摘要】：生物质快速热裂解所得的生物油被认为是一种价格低廉的可再生液体燃料,但其具有低热值、高含氧量、高含水量、化学不稳定性以及腐蚀性等缺点,需要进行进一步的提质改性,才能实现其高品位利用。生物油成分复杂,在改性过程中,糖类和热解木质素受热发生缩合反应形成积碳,会导致催化剂失活和反应器堵塞等问题,酚类等物质也较难转化,单一的改性手段无法实现生物油的整体高效转化。对生物油进行高效分离,一方面将适合于同一改性手段的化合物进行富集,同时另一方面可将附加值高不适宜改性的化学品进行提取,实现生物油的高品位利用。本文采用分子蒸馏的方法研究特定化合物的富集规律,采用水萃取以及有机溶剂萃取和柱层析分离的方法对生物油中附加值高的化学品进行分离研究,实现生物油的高效利用。通过分子蒸馏可以实现生物油中不同族类化合物不同程度的富集。对两种生物油进行分子蒸馏实验发现,生物油A中小分子含量较多,通过120Pa分子蒸馏得到的轻质组分中几乎全酸类的相对含量高达71.35%,酮类的相对含量高达23.15%,含水量高达92.08wt%,适用于后续的提质改性。在100Pa的操作工况下,生物油B中的乙酸在轻质组分中的相对含量高达16.27%,1-羟基-2丙酮的相对含量为12.81%。侧链越复杂的化合物越难蒸出,低压下主要存在于中质馏分中,高压下主要残留在重质馏分中。通过利用生物油模化物对有机物的富集特点进行分析,其分子蒸馏结果与两种生物油表现出较好的一致性,发现化合物的蒸出特性跟操作压力及其物性特点有关,通过改变操作压力可以实现化合物在不同馏分中不同程度的富集。采用甲醇-水提取法从生物油中提取不同活性的热解木质素,并利用红外光谱、凝胶色谱、核磁共振技术手段对所得两种热解木质素的结构进行了对比分析。高分子热解木质素的热值和聚合度均高于低分子热解木质素,且高分子热解木质素分子量分布更宽,其中2-5聚物均在12%～18%,低分子热解木质素有75%以上均为3聚物。高分子热解木质素和低分子热解木质素的结构具有相似性,均含有G型和S型基本结构单元,但低分子热解木质素中含有更多的紫丁香基结构单元以及活性较强的羟基和羟基官能团。对两者的热重分析结果显示低分子热解木质素的最终残炭量要低于高分子热解木质素。通过利用萃取和柱层析相结合的分离方法,利用不同的有机溶剂对生物油进行萃取和洗脱,对生物油中的单酚类物质的富集进行了实验分析。二氯甲烷和乙酸乙酯可将去除热解木质素的生物油水相中的酚类物质几乎完全萃取,且二氯甲烷能够萃取生物油水相中47.9%的有机物,其萃取物中酚类的相对含量高达72.22%。将二氯甲烷萃取物利用二氯甲烷进行柱层析洗脱,得到的酚类物质含量上升为79.79%,与乙酸乙酯萃取物的溶剂洗脱特性表现一致,同时发现甲醇溶剂对酯类和醇类物质的洗脱效果最好。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TK6
【图文】：
质更易转化成气体。液体燃料的产生需要选择适宜的反应温度Ｗ及较短的反应停逡逑留时间。过程参数的不同，产物中各物质的占比化不同，不同模式下热裂解得到逡逑的生物油的组成如表１．１邋Ｗ及图１．３所示。常用的快速热裂解条件为：热解压力逡逑为邋０．１？０．５ＭＰａＪｉ解温度为邋３７７－６３２邋‘Ｃ，升温速率为邋１０００￣１００００邋’Ｃ／ｓＭ。逡逑表１．１不同热裂解模式下的生物质热裂解产物分布Ｗ逡逑液体产率逦固体产率逦气体产率逡逑模式逦反应条件逡逑（ｗｔ％）逦（ｗｔ％）逦（ｗｔ％）逡逑快速热裂逡逑？５００邋’Ｃ、停留时间￣１８逦７５逦１２逦１３逡逑解逡逑中速热裂邋￣５００邋‘Ｃ、停留时间￣１０－逡逑５０逦２５逦２５逡逑解逦３０ｓ逡逑气化逦￣７５０－９００邋‘Ｃ逦５逦１０逦８５逡逑炭化（慢逡逑一？００邋‘Ｃ、停留时间几天逦３０逦３５逦３５逡逑速）逡逑０邋（冷凝时最逡逑烘培（慢邋￣２９０邋‘Ｃ、停留时间１０－逡逑高可达逦８０逦２０逡逑速）逦６０ｍｉ打逡逑５ｗｔ％）逡逑４逡逑
图１．５常压下生物油的蒸P 情况逡逑减压燕饱通过降低系统压力降低了化合物的沸点，能够在较低湿度下实现生逡逑
０．０逦１０．０逦２０．０逦３０．０逦４０．０逦５０．０逦说．０逦７０．０逡逑＂ｓｔＵｌａ化邋ｖｏｌｕｍｅ邋ｆｒａｃｔｉｏｎ，邋NB逡逑图１．５常压下生物油的蒸P 情况逡逑减压燕饱通过降低系统压力降低了化合物的沸点，能够在较低湿度下实现生逡逑物油的初步分离，在一定程度上降低了生物油在蒸P 过程中发生聚合反应生成大逡逑分子化合物的可能。对常压和减压分级蒸饱方法比较可！＾NB发现ｔｓｗ，低n舫隼″义戏种兄饕迹玻埃サ摹兜难苌锖推渌趸衔铮惺舫霰シ值幕衔镒槌慑义嫌氲臀抡舫霰シ窒嗨疲Ｑ拐舯サ玫降谋シ种泻懈嗟呐卫嗷衔铮呶卵噱义铣鯬种芯性迹担常サ淖美嗷衔铩ｅ义洗掷牖衔镥义稀脲澹渝危义险⒚妗鲥迦耄翦澹垮危义锨岱肿渝义现胤肿渝卫淠驽义希村五义
本文编号：2758940
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TK6
【图文】：
质更易转化成气体。液体燃料的产生需要选择适宜的反应温度Ｗ及较短的反应停逡逑留时间。过程参数的不同，产物中各物质的占比化不同，不同模式下热裂解得到逡逑的生物油的组成如表１．１邋Ｗ及图１．３所示。常用的快速热裂解条件为：热解压力逡逑为邋０．１？０．５ＭＰａＪｉ解温度为邋３７７－６３２邋‘Ｃ，升温速率为邋１０００￣１００００邋’Ｃ／ｓＭ。逡逑表１．１不同热裂解模式下的生物质热裂解产物分布Ｗ逡逑液体产率逦固体产率逦气体产率逡逑模式逦反应条件逡逑（ｗｔ％）逦（ｗｔ％）逦（ｗｔ％）逡逑快速热裂逡逑？５００邋’Ｃ、停留时间￣１８逦７５逦１２逦１３逡逑解逡逑中速热裂邋￣５００邋‘Ｃ、停留时间￣１０－逡逑５０逦２５逦２５逡逑解逦３０ｓ逡逑气化逦￣７５０－９００邋‘Ｃ逦５逦１０逦８５逡逑炭化（慢逡逑一？００邋‘Ｃ、停留时间几天逦３０逦３５逦３５逡逑速）逡逑０邋（冷凝时最逡逑烘培（慢邋￣２９０邋‘Ｃ、停留时间１０－逡逑高可达逦８０逦２０逡逑速）逦６０ｍｉ打逡逑５ｗｔ％）逡逑４逡逑
图１．５常压下生物油的蒸P 情况逡逑减压燕饱通过降低系统压力降低了化合物的沸点，能够在较低湿度下实现生逡逑
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