生物質真空熱解液化制生物油及真空化學活化制活性炭研究.pdf

1、生物質能是可再生能源十分重要的組成部分，資源豐富，是取之不盡、用之不竭的可持續(xù)利用能源。生物質能源的開發(fā)利用是緩解我國能源和環(huán)境壓力，建立可持續(xù)發(fā)展能源系統(tǒng)的有效措施。熱化學技術是生物質高效利用的主要途徑，是國內外專家學者密切關注的研究開發(fā)熱點。其中，生物質熱裂解技術由于可以將低品位的生物質能轉化為高品質的液體燃料或高附加值產品而受到廣泛關注。在生物質各種熱化學轉化過程中，熱解過程的研究是最基本的內容，通過對生物質熱解過程變化規(guī)律及其影

2、響因素的研究，為實現(xiàn)高效熱轉化利用生物質能技術提供科學依據和幫助。 本研究采用真空熱重分析儀和自制的真空熱解實驗裝置，對益陽地區(qū)7種農林廢棄生物質進行了真空熱重、真空熱解液化和真空化學活化等實驗研究，以探討生物質真空熱解特性行為和生物質真空化學活化法制備活性炭的規(guī)律等，主要內容包括以下幾個方面： （1）對7種生物質進行了真空熱重分析，考察了不同生物質原料、升溫速率對生物質真空熱解反應的影響。結果表明，7種生物質真空熱解規(guī)

3、律基本一致。熱解過程主要分3個階段：自由水解吸附及抽取物析出階段、熱裂解急劇失重階段和殘余物緩慢分解階段。相同條件下7種生物質總失重率大小順序為：杉木屑>玉米秸稈>松木屑>刺桐木屑>豆稈>稻殼>花生殼。其中林業(yè)生物質的最大峰值溫度、熱解速率、起始分解溫度、熱穩(wěn)定性均大于農業(yè)生物質。熱解溫度為500℃時，7種生物質的真空熱解反應基本完成。隨著升溫速率的增加，生物質的熱重曲線右移，峰值溫度向高溫方向偏移，生物質真空熱分解的主反應溫度區(qū)間增寬

4、。杉木屑真空熱解反應近似為一級反應。 （2）以杉木屑為原料，進行了真空熱解液化實驗研究，探討了過程參數對熱解產物的影響。結果表明，杉木屑真空熱解液化較佳熱解溫度為500℃，較佳體系壓力為20kPa，較佳保溫時間為60min。與快速熱解相比，杉木屑真空熱解在較低的升溫速率下也能得到較高的生物油產率。真空熱解產物以生物油為主，在較佳工藝條件下杉木屑真空熱解制備生物油的產率可達67％以上。不同熱解條件下制得生物油樣品的主要化學成分及其

5、相對含量差別較大，通過選擇合適的熱解參數可獲取附加值較高的生物油，以提高生物油的應用價值。杉木屑真空熱解炭已經具有初步的孔隙結構，孔隙以微孔為主，具備進一步擴展的潛力，是優(yōu)良的制備活性炭的原材料。 （3）以7種生物質為原料，進行了真空熱解液化制取生物油的實驗研究，考察了生物質種類對真空熱解產物產率、生物油理化性質的影響。7種生物質的真空熱解產物均以生物油為主，生物油產率均在55％以上。其中林業(yè)生物質的生物油產率較農業(yè)生物質高，杉

6、木屑的生物油產率最高，為67.25％，玉米秸稈的生物油產率最低，為55.46％。7種生物油的pH值為1.82～3.24，pH林業(yè)生物油ρ農業(yè)生物油，粘度較小，為2.29～7.36m㎡/s，η林業(yè)生物油>η農業(yè)生物油。7種生物油所含化合物類型相似，但具體化學組分及其相對含量有一定的差別，如稻殼生物油中呋喃衍生物相對含量最高，為22.8％，杉木屑生物油中呋喃衍生物含量最少，僅

7、為0.99％。杉木屑生物油中苯酚及其衍生物的相對含量最高達72.81％，豆稈生物油中這類化合物的相對含量最少，為23.97％。僅杉木屑生物油中檢測出具有抗菌、健胃、麻醉、降血壓等藥理作用的丁香酚。 （4）根據原料的化學組成、分子結構以及真空熱解產物生物油組分的結構，對生物質真空熱解制備生物油的機理進行了初步探討，得出生物油主要組分的形成機理。 （5）采用自制的真空熱解裝置，以氯化鋅為活化劑，對7種生物質進行了真空化學活化

8、法制備活性炭以及以杉木屑為原料常壓化學活化法制備活性炭的實驗研究。討論了體系壓力、活化條件等過程參數對活性炭性能的影響。結果表明，7種生物質的活性炭產率在40％左右。杉木屑是制備活性炭的最適宜原料。杉木屑真空化學活化制備活性炭的最佳反應體系壓力為20.5kPa。在較佳工藝條件下通過真空化學活化，可以同時得到性能優(yōu)良的活性炭和高附加值的生物油。活性炭以微孔結構為主，比表面積為1070.59㎡/g，微孔體積為0.5581cm3/g，平均孔徑