微藻和木质纤维类生物质在乙醇—水共溶剂中直接液化制备生物油

发布时间：2020-07-28 09:17

【摘要】：清洁、可再生的生物质燃料因其在燃烧过程中低污染、碳中和等天然优势被一致认为是最理想的替代燃料。而直接液化是制备液体生物燃料最主要的技术之一,不仅避免了高能耗的干燥脱水步骤,还对原料组分要求不敏感,可实现生物质的全额利用。微藻和木质纤维类生物质的化学组成和结构特性存在巨大差异,因而本文针对自然界中广泛存在以及在极短的培养周期内即可获得的低脂类微藻中的螺旋藻和近些年疯狂生长而又尚未得到有效利用的木质纤维类互花米草为原料,研究其在乙醇-水共溶剂中的直接液化过程,考察了温度、反应时间、共溶剂中乙醇体积分数和液料比等工艺条件对液化产物分布的影响,采用多种检测方法系统地分析了原料特性、生物油的主要成分,并开展了直接液化过程中的能量评估,初步探索了乙醇-水共溶剂中的直接液化机理和潜在的反应路径。以螺旋藻为原料的研究结果表明,螺旋藻是一种低脂高蛋白微藻,N含量远高于木质纤维类生物质,其理论分子式为CH_(1.77)O_(0.57)N_(0.2),热值为18.5MJ/kg;温度、反应时间和乙醇体积分数对生物油产率影响显著,生物油产率均呈现先上升后下降趋势;当反应温度为300℃、保温时间为45min、共溶剂中乙醇体积分数为50%、液料比为40/4mL·g~（-1）时,液化效果最佳,此时生物油产率高达59.5%;乙醇比水更易促进生物质大分子物质向油相的转化;与单一溶剂相比,乙醇-水共溶剂转化率更高,乙醇和水的共溶剂具有明显的协同作用,液化效果更好;FT-IR和GC-MS测试表明,溶剂影响生物油的成分及相对含量,与水热液化油相比,另外两种生物油中含量最丰富的化合物为酯类;共溶剂中的乙醇能够与酸类和酰胺类物质分别发生酯化反应和醇解反应生成相应的酯,提升了生物油的产率和品质;50%乙醇-水共溶剂中生物油的热值为33.9MJ/kg,能量回收率高达80.7%。以互花米草为原料的研究结果表明,互花米草是一种木质纤维类生物质,原料中C和O元素含量丰富,而N含量1%,其理论公式为CH1.66O0.96N0.02,热值为17.8MJ/kg;升温速率影响互花米草的热重特性,互花米草的TG和DTG曲线随着升温速率增加向高温侧横向移动;最佳操作条件为10mL/g的液料比,50%的乙醇体积分数和340℃的反应温度,此条件下的产油率最大而残渣率最低;生物油组分复杂,包括酸、酚、酯、呋喃、酮等,主要成分为酚类和酯类,相对含量分别为29.62%和11.27%;乙醇能够与酸发生酯化反应生成酯类,而酚类主要来自原料中木质素的降解。乙醇-水共溶剂作为液化介质相比于单一溶剂(水或乙醇)具有更高的能量回收率,同时兼顾了油产率和品质,因而乙醇-水共溶剂是直接液化技术中非常有应用前景的液化介质。
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TK6

【参考文献】