泡桐在水中催化液化基礎(chǔ)研究.pdf

1、隨著有限的化石燃料日益枯竭及全球能源消耗的急劇增長(zhǎng),研究和利用可再生能源的意義十分重大。生物質(zhì)資源作為一種可直接液化的可再生能源引起世人格外關(guān)注。以水為反應(yīng)介質(zhì),進(jìn)行泡桐催化液化基礎(chǔ)研究具有重要的學(xué)術(shù)理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值。
　　 泡桐在水中直接液化時(shí)的產(chǎn)油率和液化率受多因素影響。本文以泡桐為原料以水為溶劑,在1L間歇式高壓反應(yīng)釜中進(jìn)行直接液化實(shí)驗(yàn),通過(guò)預(yù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)對(duì)反應(yīng)溫度、停留時(shí)間和液料比進(jìn)行了考察。預(yù)試驗(yàn)條件下,以得到最大重

2、油率為目的時(shí)的泡桐直接液化的最優(yōu)且最經(jīng)濟(jì)工藝條件為反應(yīng)溫度300℃、停留時(shí)間10min、液料比為6。這為泡桐在水中直接催化液化的實(shí)驗(yàn)條件的確定提供了參考依據(jù)。然后通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)法考察了反應(yīng)溫度、停留時(shí)間與鐵粉或碳酸鈉催化劑加入量對(duì)泡桐以水為溶劑直接液化的影響規(guī)律。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)生物質(zhì)泡桐在水中直接液化時(shí)添加催化劑后可明顯提高重油率和輕油率,降低固體殘?jiān)?。以均相的碳酸鈉溶液為催化劑時(shí)泡桐在水中直接液化重油最大收率為31.92％,以非均相的還原

3、鐵粉為催化劑時(shí)泡桐在水中直接液化重油最大收率為36.34％,均顯著大于不加催化劑時(shí)的重油最大收率27.01％；而以均相的碳酸鈉溶液為催化劑時(shí)泡桐在水中直接液化最少的固體殘?jiān)蕿?.23％,以非均相的還原鐵粉為催化劑時(shí)泡桐在水中直接液化最少的固體殘?jiān)蕿?.12％,均顯著低于不加催化劑時(shí)的最少的固體殘?jiān)蕿?8.67％。
　　 使用氣相色譜對(duì)泡桐直接液化后的氣相產(chǎn)物組分進(jìn)行定性和定量分析,發(fā)現(xiàn)生物質(zhì)液化后的氣體產(chǎn)物組成主要為體積分

4、數(shù)大約為90％的CO2,還含有大約體積分?jǐn)?shù)9％的CO和體積分?jǐn)?shù)1％的CH4。泡桐直接液化后的生物油中化合物種類繁多、成分復(fù)雜。通過(guò)使用傅里葉變換紅外光譜儀對(duì)泡桐直接液化后的固體殘?jiān)鸵合嗌镉彤a(chǎn)物的分析,研究了反應(yīng)條件對(duì)生物質(zhì)泡桐直接液化產(chǎn)物的基團(tuán)結(jié)構(gòu)影響,利用氣質(zhì)聯(lián)用分析儀對(duì)泡桐液化后的生物油可揮發(fā)組分進(jìn)行了定性和定量分析。研究發(fā)現(xiàn)泡桐液化后的輕油中主要組成為酚類、酮類、脂肪酸及芳香酸、呋喃衍生物、酯和醛；重油中主要組成為酚類衍生物、

5、分子量較大的酮類、脂肪酸、芳香酸、酯、苯衍生物和醛。生物油的定性和定量分析結(jié)果為其在化工和能源方面的綜合利用提供了基礎(chǔ)資料。
　　 生物質(zhì)液化工藝開發(fā)和設(shè)計(jì)都需要生物質(zhì)轉(zhuǎn)化過(guò)程中的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)性質(zhì)。本文對(duì)泡桐在水中直接液化過(guò)程的熱力學(xué)和水解反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行了計(jì)算和模擬,將泡桐液化后的輕油視為初始物A,將重油視為中間產(chǎn)物Q,將氣體、水和固體殘?jiān)暈樽罱K產(chǎn)物P,泡桐在水中直接液化過(guò)程可看作為一個(gè)單組分的連串反應(yīng)。通過(guò)計(jì)算泡桐直接液化過(guò)