木化生物质的加氢液化

论文摘要

面对能源和环境的双重压力,开发洁净的可再生能源已经成为当今世界的紧迫课题。生物质能具有量大、分布广、易获得、易储存、环保等优势,因而生物质能源转化技术成为各国研究的热点。本文就木化生物质加氢液化进行了相关研究。本实验选用具有代表性的的农林废弃物玉米秸秆和竹子为原料,以水作为溶剂,氢氧化钠做催化剂,通过氢气提供高压氛围,在一定温度下实现木化生物质液化,制取生物质油。通过考察反应温度、压力、时间、溶剂以及催化剂种类、用量等因素对液化率和生物质油产率及其产品性能的影响,寻找最佳的液化工艺条件,然后利用多种检测手段对液化产物进行检测分析,包括热值分析、红外色谱、扫描电镜、凝胶渗透色谱和气相色谱质谱联用,综合考察产物的物化性质和液化反应历程,为木化生物质加氢液化和产物利用提供实验室依据,丰富其理论体系。通过大量实验,得出以玉米秸秆和竹子为原料的木化生物质加氢液化的最佳反应条件为:原料与溶剂质量比在1/101/6之间,反应温度210240℃;氢气初始压力78MPa;反应停留时间2030min;氢氧化钠用量为原料绝干质量的1015%。在此条件下,木化生物质的液化率达到90%,生物质油产率达到50%。所得生物质油为黑褐色沥青状液体,高位热值为30MJ/kg,比原料热值提高了66%68%。对生物质油的GC-MS分析结果显示,生物质油成分复杂,多达几十种,以有机酸、酮和酚类物质居多,含氧量高。加氢液化后得到的生物质油要在实际中得以应用,还需进一步分离和提纯。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 能源危机催生生物质能发展
• 1.2 生物质能开发利用前景
• 1.3 本文研究的主要内容及创新点
• 第二章 文献综述
• 2.1 生物质和生物质能
• 2.1.1 基本概念
• 2.1.2 生物质能的特点
• 2.1.3 国际生物质能发展现状
• 2.1.4 我国生物质能发展现状
• 2.2 木化生物质的组成及其性质
• 2.2.1 纤维素
• 2.2.2 半纤维素
• 2.2.3 木质素
• 2.3 生物质的能源转化技术
• 2.3.1 固化成型
• 2.3.2 水解发酵
• 2.3.3 直接燃烧
• 2.3.4 气化
• 2.3.5 液化
• 2.4 生物质液化技术研究进展
• 2.4.1 热裂解技术
• 2.4.2 加压液化技术
• 2.5 生物质液化反应机理
• 2.5.1 纤维素的热解机理
• 2.5.2 木质素降解机理
• 2.6 影响生物质高压液化的因素
• 2.6.1 生物质原料
• 2.6.2 反应温度
• 2.6.3 反应压力和液化气氛
• 2.6.4 反应时间
• 2.6.5 溶剂
• 2.6.6 催化剂
• 2.6.7 液化反应设备
• 2.7 生物质油的成分及性质
• 第三章 实验原料仪器及实验方法
• 3.1 生物质原料的成分分析
• 3.1.1 水分含量的测定
• 3.1.2 灰分含量的测定
• 3.1.3 半纤维素含量的测定
• 3.1.4 纤维素含量的测定
• 3.1.5 木质素含量的测定
• 3.1.6 元素分析
• 3.2 实验药品与仪器设备
• 3.3 高压反应釜的使用
• 3.3.1 液化反应装置图
• 3.3.2 高压反应釜操作方法介绍
• 3.3.3 实验操作注意事项
• 3.4 实验步骤
• 3.5 工艺流程图
• 3.6 产物得率的计算
• 3.7 产品检测和分析
• 3.7.1 热值分析
• 3.7.2 红外光谱（IR）
• 3.7.3 扫描电镜分析（SEM）
• 3.7.4 液相凝胶渗透色谱分析（GPC）
• 3.7.5 气相色谱-质谱联用（GC-MS）
• 第四章 玉米秸秆加氢液化实验
• 4.1 结果与讨论
• 4.1.1 反应温度对液化结果的影响
• 4.1.2 氢气初始压力对液化结果的影响
• 4.1.3 反应时间对液化结果的影响
• 4.1.4 催化剂用量对液化结果的影响
• 4.1.5 秸秆与水的质量配比对液化效果的影响
• 4.2 产物分析
• 4.2.1 原料与生物质油的热值对比
• 4.2.2 原料与固体残渣的红外检测对比
• 4.2.3 固体残渣的扫描电镜图
• 4.2.4 液相产物的 GC-MS 检测
• 4.3 本章小结
• 第五章 竹子加氢液化实验
• 5.1 结果与讨论
• 5.1.1 反应温度对竹子液化效果的影响
• 5.1.2 氢气初始压力对竹子液化效果的影响
• 5.1.3 催化剂种类对竹子液化效果的影响
• 5.1.4 升温速率对竹子液化效果的影响
• 5.1.5 其他因素对竹子液化效果的影响
• 5.2 产物分析
• 5.2.1 原料与生物质油的热值对比
• 5.2.2 固体残渣和焦油的红外检测
• 5.2.3 固体残渣的扫描电镜图
• 5.2.4 液化液的GPC 检测
• 5.2.5 液相产物的GC-MS 检测
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录