海藻生物质脱氧液化制备液体燃油的研究

发布时间：2020-10-27 20:17

　　 虽然传统化石燃料的无节制开采和使用严重污染了环境,但是人们的生活和社会的发展又离不开能源的供应;与此同时,化石燃料的日益匮乏制约了社会的发展,所以人们亟需寻找一种环境友好的可再生能源来代替传统的化石燃料。生物质能是一种零碳排放的可再生能源,不仅储量丰富,而且分布广泛,如果能对其加以开发利用,不仅可以缓解对传统化石燃料的过分依赖,还可以减少环境污染气体(NOx、COx、SO_2)的排放。生物质又可以分为陆地生物质和海洋生物质,其中海洋生物质对比陆地生物质具有光合作用效率高、生长速度快等优点,受到了越来越多的关注。本文研究了大型海藻(海带)和木质纤维素生物质(地瓜秸秆)共脱氧液化制备烃油产品和不同海带/地瓜秸秆质量比对产品分布的影响。研究发现,在海带/地瓜秸秆质量比为1:1时,液体油的产率最大,并且此时的生物油拥有最低的氧含量3.230%,烷烃的相对含量为14.36%,高热值达到了43.55 MJ/kg。结果表明,不同的原料组成及共脱氧液化期间海带和地瓜秸秆之间的协同作用,对得到的液体油的性质有很大的影响。本文对海洋生物质(浒苔、巨藻、裙带菜)和陆地生物质(棉花秸秆、地瓜秸秆、梧桐叶)的脱氧液化进行了对比研究。海洋生物质脱氧液化的产油率高于陆地生物质;六种液体油中每类化合物含量各不相同,这与原料组成和含量密切相关;海洋生物质中由于蛋白质的存在导致生物油中的含氮化合物含量普遍较高,应对海洋生物质脱氧液化液体油进行脱氮工艺以提升其品质。本文以硅酸钠为硅源合成了ZSM-5/MCM-41复合分子筛催化剂。并通过SEM、XRD、FTIR、N2吸附-脱附对制备的催化剂进行了表征。研究了该催化剂对石花菜脱氧液化的影响,结果表明,与无催化剂相比,使用催化剂催化液化制备的生物油O和N的含量明显降低,热值明显升高。同时,催化剂的使用增加了液体油中的烷烃、芳香烃化合物的含量,降低了含氮化合物的含量。这说明在海藻生物质液化过程中催化剂起到了关键作用。
【学位单位】：青岛大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TK6
【部分图文】：

图 1.1 生物质转化利用途径.3.1 热解生物质的热解其实就是生物质原料的裂解过程。木质生物质的主要成分是纤、半纤维素、木质素等大分子量碳水化合物和有机物，每种成分的含量随着生种类的不同而变化，木质生物质通常含有约 40-47 wt%纤维素，25-35 wt%半纤和 16-31 wt%木质素[17,18]。热重分析研究发现，纤维素和半纤维素的热解发生，半纤维素主要在 220-315 ℃分解，纤维素主要在 315-400 ℃分解，但是木质加难以分解并且会在宽温度范围内（160-900 ℃）发生重量损失，形成高固体物[19,20]。在隔绝空气或氧气的条件下，生物质在高温下（热解温度一般00 ℃~600 ℃，有时温度可高达 800 ℃），经过一系列的复杂化学反应过程裂解解成轻质生物油，气态馏分和残留物，生物油主要含有含氧化合物，如简单醇酸酸，酚，醛和酮等；气态馏分通常由 H2，CO，CO2，H2S 和 C1-C4 烃组成留物主要包含焦炭，金属沉积物和一些相关残渣。生物质的热解得到的生物油

第二章 实验方法及实验仪器第二章 实验方法及实验仪器1 实验设计思路本论文研究的实验设计思路如图 2.1 所示，收集来的生物质原料经过洗涤、粉碎过筛处理后，得到 30 目及以下的生物质粉末实验原料，进行脱氧液。液化反应完成后将装置自然冷却，收集气体。剩下的固液混合物进行常压蒸到固体产物、液体产物。将得到的液体产物在 8000 r/min 离心速度下离心 10 离得到生物油。

Ｔ搴湍局氏宋?厣?镏使餐蜒跻夯?票父咂分室禾迦加?21图3.1所示的是地瓜秸秆/海带质量比对产物分布的影响。随着地瓜秸秆/海带质量比的增加，液体油的产率从地瓜秸秆/海带质量比为0时的11.42%增加到地瓜秸秆/海带质量比为1:1时的15.78%，随后生物油的产率一直降低到100%地瓜秸秆时的9.662%[71]。由于两种材料的生物化学组成不同、并且不同质量比的材料的混合使得某些交联反应发生导致生物油的产率不同。因此，大型海藻和木质纤维素生物质的共脱氧液化也可以提高将两种可再生资源转化为可持续生物燃料的效率[71]。这一结果与微藻（小球藻）/木质纤维素生物质（稻壳）的共液化得到的结论：原油产量随着质量比的增加而不断增加[71]，显然不同。随着地瓜秸秆与海带的混合质量比从0到100%的增加，固体焦炭的产率从42.13%逐渐降低至34.78%。可以看出随着样品中低灰分含量的木质纤维素生物质的比例增加，固体焦炭产率降低，与文献中的推测原料中较高量的灰分可能导致更多的炭形成一致[81]。也可以理解为，在液化期间，虽然在大型海藻样品中，蛋白质和碳水化合物都可以降解成炭[88]
【参考文献】

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本文编号：2859006