两种生物质原料快速热裂解制备生物油试验研究
发布时间：2020-12-18 04:37
全球气候持续变暖和化石能源的不断消耗,促使人们开发利用清洁环保、可循环的新能源来转换能源消费方式,控制温室气体排放量。现代生物质能源具有对环境友好、碳循环、可再生、储量丰富等优点,可有效应对能源消耗及环境恶化的问题。本文旨在探究酸预处理对不同生物质主要化学组分的影响,以及化学组分的变化对生物质热解产物得率及生物油性质的影响规律。研究内容包括对木质生物质原料（松木）和禾本科能源作物（玉米秸秆）进行酸预处理（磷酸浓度为1%、处理时间1h、处理温度100℃）,用7 kg/h螺旋进料热解反应器对其进行快速热裂解制备生物油。通过对不同生物质原料的化学组分分析,生物质热裂解产物理化特性表征和GC/MS对生物油化学成分的定量分析,揭示了酸预处理对生物质原料主要化学组成、生物质快速热解产物（生物油、炭、不可凝气体）得率及性质的影响。研究结果将为更好地利用酸预处理方法提高生物油得率及品质,以及挑选和培育优质生物质能源原材料提供理论依据。研究结果如下:（1）与玉米秸秆原料相比,松木原料中灰分含量更低,木质素含量更高。酸预处理对生物质中C、H、O无显著影响,但可显著去除碱及碱土金属离子（AAEMs）,且对玉...
【文章来源】：山东农业大学山东省
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
生物质转换利用及其产品（朱锡锋等，2014）
酸预处理对生物质快速热裂解性能的影响研究10比较这两种热解器的产品分布，探究热解温度下较长的蒸气停留时间内发生的次级反应。证明了左旋葡聚糖低聚成脱水低聚糖，初级热解产物（羟基吡喃葡萄糖、呋喃等）分解成低分子量化合物和气态物质是纤维素热裂解的次级反应。图1-2B-S模型（引自廖艳芬等，2003）Figure1-2B-Smodel（Citedfrom廖艳芬etal.,2003）左旋葡聚糖是纤维素最重要的热解产物。Lu（Luetal.,2011）等研究了纤维素主要热解产物的热解特性，认为左旋葡聚糖是由多糖链上两个糖苷键的顺序裂解所致，较高的热解条件下可促进其形成。半纤维素是一种聚糖混合物，半纤维素在植物细胞壁中承担着重要的作用：将纤维素和木质素紧密的互相贯串链接在一起。半纤维素的聚合度比纤维素低得多，因此很难成线状，一般为短的线型聚合物，结构不稳定。通常认为，半纤维素与纤维素具有相似的反应机理。Hosoya（Hosoyaetal.,2007）等研究了半纤维素热解产物的组成，发现其中主要包括：一脱水糖类及其衍生物，但产率较低；二呋喃类；三小分子醛酮类产物；四小分子酸类产物，其中乙酸所占比例较大；五其他产物，如小分子酯类、醇类、烃类等。Shen（Shenetal.,2010）等人综合提出半纤维素热解过程中主要产物的反应途径：糠醛和1，4-脱水-d-吡喃木糖主要由木聚糖而来，而乙酸和CO2的形成则归因于O-乙酰基的初级分解。4-O-甲基-α-D-葡萄糖醛酸基分解为甲醇，其中，4-O-甲基-α-D-葡萄糖醛酸基可进一步分解为半纤维素热解的几乎所有产物。Collard（Collardetal.,2014）等认为半纤维素的大部分热解产物是由木聚糖通过解聚机理形成。Peng（Pengetal.,2010）等将小麦秸秆进行脱木素处理，并从中分离出半纤维素，分离出的半纤维素主要由阿拉伯木聚糖和?
酸预处理对生物质快速热裂解性能的影响研究12的存在促进木质素的热解，增加了酚类化合物的产量。Hosoya（Hosoyaetal.,2009）等认为三组分间的相互作用显著降低了纤维素热裂解的左旋葡聚糖产量，与Zhao等人的研究结果一致。图1-3600℃时，木质素热解反应途径（引自Hosoyaetal.,2008）Figure1-3Proposedpathwaysforthepyrolyticconversionofthetarcomponentsfromligninat600°C（CitedfromHosoyaetal.,2008）1.5生物质热裂解产物特性及应用生物质热裂解产物主要由生物油、不可凝气体和生物质炭组成。生物油通过进一步的分离提纯，可制成燃料油和化工原料；不可凝气体根据其热值的高低，可单独作为燃气使用，也可与其他高热值气体混合，作为工业或民用燃气；而生物质炭可用作活性剂等。1.5.1生物油生物油是一种非常初级的热裂解液体产品，是含氧量极高的极复杂有机成分的混合物，它是一种潜在的液体燃料和化工原料。通过快速升温加热的方法，在隔绝氧气的条件下，使组成生物质的高分子聚合物裂解，然后采用骤冷技术，将低分子有机物蒸汽凝结成液体生物油。国内外各机构针对不同农林生物质原料制备的生物油进行了大量的化学组分分析，检测出超过400种物质（Krutofetal.,2016）。经实践证明，相比起石化燃油，生物油具有含水量大、含氧量高、黏度大、酸性较强、热值低、热稳定性差等特性（熊万明等，2013）。由于生物油成分复杂，将其作为化工原料，应用上限制颇大，因此
【参考文献】：
期刊论文
[1]完善环保标准体系推进我国生物质能发展[J]. 程向南. 资源节约与环保. 2019(11)
[2]我国生物质能源的空间分布及利用潜力分析[J]. 赵思语,耿利敏. 中国林业经济. 2019(05)
[3]生物质热解技术制备生物油研究现状及展望[J]. 徐国锋. 云南化工. 2019(04)
[4]木醋液浸种对玉米幼苗生长的影响[J]. 朱学强,王祎,王亚军,韩燕来,李青松. 河南科学. 2019(05)
[5]基于欧拉-欧拉多相流模型对生物质快速热裂解的数值模拟[J]. 薛莲金,李信宝,王渝程,申朋飞. 动力工程学报. 2019(05)
[6]中国燃料乙醇工业的机遇与挑战[J]. 段钢,张晓萍,张国红. 食品与生物技术学报. 2019(05)
[7]我国农林生物质发电现状及相关问题思考[J]. 王圣,徐静馨. 环境保护. 2018(23)
[8]中德沼气工程发展过程比较分析[J]. 徐慧,韩智勇,吴进,施国中. 中国沼气. 2018(04)
[9]生物质成型燃料产业现状与发展前景[J]. 陈晓红,王智勇,毛天宇. 中国资源综合利用. 2018(06)
[10]酯化或酯交换制备生物柴油化学催化剂[J]. 柯少剑,吴志敏,朱璇雯. 科技展望. 2017(28)
博士论文
[1]干燥和烘焙预处理制备高品质生物质原料的基础研究[D]. 陈登宇.中国科学技术大学 2013
[2]纤维素热裂解机理试验研究[D]. 廖艳芬.浙江大学 2003
硕士论文
[1]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
本文编号：2923366
【文章来源】：山东农业大学山东省
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
生物质转换利用及其产品（朱锡锋等，2014）
酸预处理对生物质快速热裂解性能的影响研究10比较这两种热解器的产品分布，探究热解温度下较长的蒸气停留时间内发生的次级反应。证明了左旋葡聚糖低聚成脱水低聚糖，初级热解产物（羟基吡喃葡萄糖、呋喃等）分解成低分子量化合物和气态物质是纤维素热裂解的次级反应。图1-2B-S模型（引自廖艳芬等，2003）Figure1-2B-Smodel（Citedfrom廖艳芬etal.,2003）左旋葡聚糖是纤维素最重要的热解产物。Lu（Luetal.,2011）等研究了纤维素主要热解产物的热解特性，认为左旋葡聚糖是由多糖链上两个糖苷键的顺序裂解所致，较高的热解条件下可促进其形成。半纤维素是一种聚糖混合物，半纤维素在植物细胞壁中承担着重要的作用：将纤维素和木质素紧密的互相贯串链接在一起。半纤维素的聚合度比纤维素低得多，因此很难成线状，一般为短的线型聚合物，结构不稳定。通常认为，半纤维素与纤维素具有相似的反应机理。Hosoya（Hosoyaetal.,2007）等研究了半纤维素热解产物的组成，发现其中主要包括：一脱水糖类及其衍生物，但产率较低；二呋喃类；三小分子醛酮类产物；四小分子酸类产物，其中乙酸所占比例较大；五其他产物，如小分子酯类、醇类、烃类等。Shen（Shenetal.,2010）等人综合提出半纤维素热解过程中主要产物的反应途径：糠醛和1，4-脱水-d-吡喃木糖主要由木聚糖而来，而乙酸和CO2的形成则归因于O-乙酰基的初级分解。4-O-甲基-α-D-葡萄糖醛酸基分解为甲醇，其中，4-O-甲基-α-D-葡萄糖醛酸基可进一步分解为半纤维素热解的几乎所有产物。Collard（Collardetal.,2014）等认为半纤维素的大部分热解产物是由木聚糖通过解聚机理形成。Peng（Pengetal.,2010）等将小麦秸秆进行脱木素处理，并从中分离出半纤维素，分离出的半纤维素主要由阿拉伯木聚糖和?
酸预处理对生物质快速热裂解性能的影响研究12的存在促进木质素的热解，增加了酚类化合物的产量。Hosoya（Hosoyaetal.,2009）等认为三组分间的相互作用显著降低了纤维素热裂解的左旋葡聚糖产量，与Zhao等人的研究结果一致。图1-3600℃时，木质素热解反应途径（引自Hosoyaetal.,2008）Figure1-3Proposedpathwaysforthepyrolyticconversionofthetarcomponentsfromligninat600°C（CitedfromHosoyaetal.,2008）1.5生物质热裂解产物特性及应用生物质热裂解产物主要由生物油、不可凝气体和生物质炭组成。生物油通过进一步的分离提纯，可制成燃料油和化工原料；不可凝气体根据其热值的高低，可单独作为燃气使用，也可与其他高热值气体混合，作为工业或民用燃气；而生物质炭可用作活性剂等。1.5.1生物油生物油是一种非常初级的热裂解液体产品，是含氧量极高的极复杂有机成分的混合物，它是一种潜在的液体燃料和化工原料。通过快速升温加热的方法，在隔绝氧气的条件下，使组成生物质的高分子聚合物裂解，然后采用骤冷技术，将低分子有机物蒸汽凝结成液体生物油。国内外各机构针对不同农林生物质原料制备的生物油进行了大量的化学组分分析，检测出超过400种物质（Krutofetal.,2016）。经实践证明，相比起石化燃油，生物油具有含水量大、含氧量高、黏度大、酸性较强、热值低、热稳定性差等特性（熊万明等，2013）。由于生物油成分复杂，将其作为化工原料，应用上限制颇大，因此
【参考文献】：
期刊论文
[1]完善环保标准体系推进我国生物质能发展[J]. 程向南. 资源节约与环保. 2019(11)
[2]我国生物质能源的空间分布及利用潜力分析[J]. 赵思语,耿利敏. 中国林业经济. 2019(05)
[3]生物质热解技术制备生物油研究现状及展望[J]. 徐国锋. 云南化工. 2019(04)
[4]木醋液浸种对玉米幼苗生长的影响[J]. 朱学强,王祎,王亚军,韩燕来,李青松. 河南科学. 2019(05)
[5]基于欧拉-欧拉多相流模型对生物质快速热裂解的数值模拟[J]. 薛莲金,李信宝,王渝程,申朋飞. 动力工程学报. 2019(05)
[6]中国燃料乙醇工业的机遇与挑战[J]. 段钢,张晓萍,张国红. 食品与生物技术学报. 2019(05)
[7]我国农林生物质发电现状及相关问题思考[J]. 王圣,徐静馨. 环境保护. 2018(23)
[8]中德沼气工程发展过程比较分析[J]. 徐慧,韩智勇,吴进,施国中. 中国沼气. 2018(04)
[9]生物质成型燃料产业现状与发展前景[J]. 陈晓红,王智勇,毛天宇. 中国资源综合利用. 2018(06)
[10]酯化或酯交换制备生物柴油化学催化剂[J]. 柯少剑,吴志敏,朱璇雯. 科技展望. 2017(28)
博士论文
[1]干燥和烘焙预处理制备高品质生物质原料的基础研究[D]. 陈登宇.中国科学技术大学 2013
[2]纤维素热裂解机理试验研究[D]. 廖艳芬.浙江大学 2003
硕士论文
[1]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
本文编号：2923366
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