基于生物质预处理与复配溶剂改善生物油品质

发布时间：2020-04-05 11:15

【摘要】：随着经济发展,能源短缺和环境污染问题给全球可持续发展带来严重挑战。生物质作为一种可再生洁净能源受到了人们的日益关注。快速热解具有生产成本低、周期短、效率高等优点被认为是生物质利用最有前景的技术之一。生物质热解制备的生物油具有易储存和运输、洁净的优点,是很好的化石燃料替代物。但是,生物油的组成复杂,具有腐蚀性强、黏度大和热值低等缺点,导致其无法广泛应用。研究表明,生物质中的金属元素会在生物质热解过程中发生催化反应,降低生物油品质,并且生物油中含有大量活性含氧官能团,会在储存过程中发生聚合、缩醛等反应,导致生物油容易分层。基于此,本文主要通过生物质预处理以及在生物油中添加复配溶剂改善生物油品质。1油洗预处理生物质对热解产物分布的影响生物质热解产物进行分级冷凝,制备的水相生物油具有含水量高、酸性大的特点。采用水相生物油洗涤(简称为油洗)预处理生物质,利用元素分析仪、热重分析仪和Py-GC/MS进行研究。结果表明经过预处理的核桃壳中Na、K、Ca和Mg四种金属元素的含量都有所降低,由于碱金属的活性较强,其中Na和K元素的含量降低最明显。核桃壳热解过程主要分为四个阶段:脱水阶段、预热解阶段、快速热解阶段和炭化阶段。油洗预处理对核桃壳的组成和结构产生影响,整个曲线向右偏移,曲线两个峰的辨识度增加,最大失重速率的温度增加,最后残余量减少。由于生物质含有许多金属元素,在其热解过程中会发生催化作用,促进小分子化合物乙酸、丙酮等产生,减少脱水糖的形成。油洗预处理降低核桃壳中金属元素的含量,使得热解产物中的酸类和酮类产量降低,酚类和糖类产量增加,提高生物油的品质。在热解时间不变的条件下,热解产物种类和产量先随温度升高而增加,当温度较高时,热解产物的种类保持不变。在热解温度为500℃时,以酚类物质为代表的目标产物产量最大。在高温下,过长的热解时间会导致酚类物质发生二次裂解。因此,热解温度为500℃时,最佳热解时间为20s。2添加复配溶剂提高生物油稳定性通过在80℃下对生物油进行老化实验。研究老化前后生物油粘度、含水量、pH值及化学组成,结果表明化后,生物油黏度和含水量增加,酚类、醛类、酮类和呋喃类物质减少。这是由于生物油含醛、酮等化合物发生聚合、缩醛、酯化和氧化等反应。所以,基于此研究复配溶剂正丁醇、二甲基亚砜和乙酸乙酯对生物油储存性能的影响,通过对生物油进行物理稀释,降低反应物浓度或改变生物油的微观结构降低生物油反应速率和与生物油中的活性组分发生反应抑制大分子聚合物的产生。利用Design-Expert软件中混合设计的单行格子法得到溶剂最优混合比例为2.421%正丁醇、2.327%二甲基亚砜和3.252%的乙酸乙酯。在80℃下老化24h,结果表明复配溶剂能够提高生物油稳定性,并且效果要比单一溶剂好。在长时间老化过程(12h、24h、36h和48h),空白组的黏度和含水量比实验组增加的多。热重分析结果表明,生物油剩余残渣质量分数随着老化时间的增加而增加,且空白组的增加趋势比实验组的大。GC-MS结果表明随着老化时间的增加,酸类含量增加,酚类含量降低。
【图文】：

比例,能源,可再生能源,能源消耗

思NB逡逑况逡逑济快速发展和人口增长，人类对能源的需求逐步增致全球能源危机的出现［１］。化石能源的过度使用造石能源短缺和全球气候变化，应该走传统能源与进新能源的开发与利用［２］。逡逑是能源供应体系的重要组成部分，除了能够减少对球政治、经济的发展，缓解能源危机。各国能源组织是解决当前环境问题的主要措施之一。目前，全球石能源时代转向可再生能源为主的时代［３］。根据能源消耗总量４３．６亿吨标准煤，比去年多消耗０．６耗量占总消耗量的６２％，比去年下降２％；天然比去年增加０．５％；可再生能源消耗量占能源消耗总［５］。逡逑

流程图,液化工艺,生物质热解,流程

温度进行热解，然后将热解气进行快速冷凝得到生物油，这种条件下能够得到较逡逑高的液体产率。逡逑生物质整个热解液化过程如图１．３所示，包括原料的干燥、粉碎、进料、热逡逑解、炭粉与热解气的分离、热解气的冷凝与收集。为了减少生物质原料中的水分逡逑在热解过程中蒸发，最后进入到液体产物中提高液体生物油的含水量，所以原料逡逑一般需要进行干燥，将其含水量降低在１０％以下。为了使生物质原料在热解过程逡逑中有很好的传输速率，对生物质颗粒的大小有一定要求，主要跟反应器的类型有逡逑关。热解液化过程中要求反应器具有高的加热速率、稳定的反应温度、热解气短逡逑暂的停留时间，，这样可以增加生物油的产率［３４］。炭粉进入到生物油中会起到催逡逑化作用，会发生二次反应，导致生物油不稳定，所以必须将其分离。热解气的产逡逑生到冷凝过程中的时间对生物油的产率和组成有很大的影响，时间越长，发生容逡逑易发生分解反应，所以需要快速冷凝，以确保液体产物的产率。逡逑生物质逡逑．．．．．．．．N．．．．．．逦干燥供热逦不凝结气体逡逑千燥ｐ１逦逡逑粉Ｖ｜逦
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TK6

【参考文献】