基于組分的生物質(zhì)共溶劑熱解液化機(jī)理研究.pdf

1、生物質(zhì)熱解液化技術(shù)是將低品位生物質(zhì)能轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w燃料的有效途徑之一，是目前世界上生物質(zhì)能研究開(kāi)發(fā)的前沿技術(shù)，然而由于生成的生物油成分的復(fù)雜性以及性質(zhì)的不穩(wěn)定性，限制了該項(xiàng)技術(shù)的工業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用。為了使生物質(zhì)熱解液化達(dá)到較高的原料轉(zhuǎn)化率、生物油產(chǎn)率，生成的生物油品質(zhì)有所提升，本文基于生物質(zhì)的成分構(gòu)成，對(duì)生物質(zhì)共溶劑熱解液化機(jī)理進(jìn)行了較為系統(tǒng)的理論和實(shí)驗(yàn)研究。
　　采用商業(yè)的纖維素、木聚糖、木質(zhì)素為原料，以聚乙二醇、丙三醇作為溶劑，通過(guò)熱

2、重紅外聯(lián)用技術(shù)對(duì)比分析了纖維素、木聚糖、木質(zhì)素?zé)峤庖约霸诓煌N類(lèi)溶劑輔助作用下的熱解液化行為，發(fā)現(xiàn)不論是纖維素、木聚糖還是木質(zhì)素，相對(duì)于共溶劑熱解液化過(guò)程，單純的熱解過(guò)程的最終殘留物質(zhì)量最高，說(shuō)明添加溶劑有利于生物質(zhì)的降解，并且以丙三醇作為溶劑時(shí)更利于降解，共溶劑熱解液化效果更佳。另外，通過(guò)等轉(zhuǎn)化率法以及Malek法求得纖維素、木聚糖、木質(zhì)素?zé)峤庖约八鼈冊(cè)诰垡叶?、丙三醇輔助熱解液化時(shí)的表觀活化能、頻率因子和反應(yīng)機(jī)理函數(shù)，也得到一致的結(jié)

3、論。
　　運(yùn)用熱裂解色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)探究了典型工況下纖維素、木聚糖、木質(zhì)素的共溶劑熱解液化產(chǎn)物組成和產(chǎn)物分布。纖維素的共溶劑熱解液化過(guò)程生成了較多的呋喃類(lèi)、酯類(lèi)、醇類(lèi)和吡喃類(lèi)物質(zhì)，對(duì)纖維素在聚乙二醇、丙三醇輔助熱解液化時(shí)生成的產(chǎn)物種類(lèi)及產(chǎn)物分布差異的原因作了深入分析，發(fā)現(xiàn)纖維素以聚乙二醇作為溶劑時(shí)生成的生物油品質(zhì)更高;木聚糖的共溶劑熱解液化過(guò)程生成了較多的呋喃類(lèi)、酯類(lèi)、醇類(lèi)和醚類(lèi)物質(zhì)，相對(duì)于以丙三醇作為溶劑的過(guò)程，木聚糖以聚乙二醇

4、作為溶劑時(shí)生成了較多的酮類(lèi)、醛類(lèi)以及較少的酯類(lèi)物質(zhì)，并對(duì)產(chǎn)生這種差異的原因進(jìn)行了分析;木質(zhì)素在多元醇輔助熱解液化過(guò)程中主要生成了酚類(lèi)、酯類(lèi)、醇類(lèi)和醚類(lèi)等物質(zhì)，相對(duì)于以丙三醇作為溶劑的過(guò)程，木質(zhì)素在聚乙二醇輔助熱解液化時(shí)生成了更多的酚類(lèi)和更少的酯類(lèi)化合物，從作為燃料的角度而言，木質(zhì)素以丙三醇作為溶劑時(shí)生成的生物油品質(zhì)更高，但木質(zhì)素在聚乙二醇輔助熱解時(shí)生成的較多的酚類(lèi)物質(zhì)也是生產(chǎn)新型材料不可多得的潛在資源。
　　基于單純形格子法，將生

5、物質(zhì)三大組分按照不同的配比合成生物質(zhì)，對(duì)各個(gè)合成生物質(zhì)樣品在熱重分析儀上研究其共溶劑熱解液化動(dòng)力學(xué)和相互影響，三大組分共溶劑熱解的失重速率曲線(xiàn)沒(méi)有各自明顯的特征，它們之間有著雖小但不可忽略的影響，三組分之間的協(xié)同作用與反應(yīng)溫度以及各組分之間的比例密切相關(guān)。然后選取典型的生物質(zhì)組分份額進(jìn)行配比合成生物質(zhì)，運(yùn)用熱裂解色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)探究了典型工況下合成生物質(zhì)的共溶劑熱解液化產(chǎn)物組成和產(chǎn)物分布。合成生物質(zhì)在聚乙二醇輔助熱解液化生成的生物油中含

6、較多的酚類(lèi)、酯類(lèi)和醇類(lèi)物質(zhì)，而酸類(lèi)、酮類(lèi)和呋喃類(lèi)物質(zhì)含量相對(duì)較少。通過(guò)比較單組分生物質(zhì)和不同配比合成生物質(zhì)共溶劑熱解液化生成的生物油主要成分發(fā)現(xiàn)，合成生物質(zhì)中的木質(zhì)素含量較高會(huì)促進(jìn)酸類(lèi)物質(zhì)的生成，生物質(zhì)三組分的混合比例對(duì)酮類(lèi)、呋喃類(lèi)化合物的生成有一定的影響;纖維素和半纖維素的共溶劑熱解液化產(chǎn)物對(duì)木質(zhì)素共溶劑熱解生成酚類(lèi)化合物有一定的抑制作用;對(duì)于酯類(lèi)化合物來(lái)說(shuō)，合成生物質(zhì)共溶劑熱解液化都生成了較多的酯類(lèi)物質(zhì)，生物質(zhì)三組分不同的配比促進(jìn)了