生物质催化热解制取生物油及其性能实验研究

发布时间：2020-05-12 09:12

【摘要】：随着世界人口的增加和工业化进程快速发展,人类对能源需求的迅猛增加与传统化石能源不断匮乏之间矛盾日益凸显,开发利用新能源和可再生能源显得尤为迫切。通过对生物质热解液化制取的生物油具有替代化石燃料的潜能,但必须对生物油进行适当的改性提质,才能满足在工业设备应用的要求。催化热解工艺由于设备简单,操作条件较为缓和,已受到了广泛的关注。本论文在自行设计的固定床上进行了稻壳粉热解制取生物油实验研究。实验考查了不同的操作参数(热解温度、氮气流速、升温速率、催化剂掺混比率)对热解三种产物(生物汕、残炭、不凝性气体)分布和产率的影响,结果表明：热解温度和氮气流速对稻壳粉热解的产物分布的影响很大,随着加热速率的升高,热解液体产率增加。在恒定的热解速率25℃/min、热解温度550℃、氮气流速150mL/min时液体产率可达到49.91%。随着催化剂氧化锌掺混比率的增加,热解的液体产物产率降低。通过热重分析结果发现,原料脱挥发分较剧烈的热解温度区间在200～385℃,当温度达到500℃时,生物质中的挥发分已经基本完全析出。利用先进的测试分析手段对催化热解前后生成的两种生物油的理化性能进行了表征。采用红外分析仪和气相色谱-质谱联用仪测定了生物油的主要成分组成及相对峰面积,结果表明生物油中已测出的物质主要有酚类及其衍生物、醛类、酮类和长链脂肪族化合物。利用旋转流变仪考察研究了催化前后生物油的流变特性,结果发现生物油是一种典型的非牛顿型流体,具有显著的剪切稀化特征。相对于未催化处理的生物油,经催化处理后的生物油粘性有明显的降低。在热重-差热联用分析仪上对催化前后两种生物油开展了燃烧特性测试,采用Coats-Redfern积分法对生物油燃烧的动力学特性进行了研究,获得了燃烧反应动力学参数。结果表明：经催化处理后的生物油含有易挥发的小分子化合物相对于未催化生物油有明显增加,催化剂的添加提高了生物油中易挥发性化合物含量；催化后的生物油燃烧反应的活化能小于未催化生物油,催化剂提高了生物油的可燃性,使之基本具备用作液体燃料的潜能。对热解固体产物残炭进行了元素分析、工业分析、SEM和XRD表征,结果发现：热解温度对焦炭的表面形态结构有很大的影响,550℃的热解温度足以使原料完全热解,此热解温度下的焦炭有较好的孔状结构,由XRD分析可知随着热解温度的升高焦炭表面有硅酸晶体生成。
【学位授予单位】：南京师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TK6

【参考文献】