生物質(zhì)真空熱解液化制生物油及真空化學(xué)活化制活性炭研究.pdf

1、生物質(zhì)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(zhì)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(xué)技術(shù)是生物質(zhì)高效利用的主要途徑，是國內(nèi)外專家學(xué)者密切關(guān)注的研究開發(fā)熱點。其中，生物質(zhì)熱裂解技術(shù)由于可以將低品位的生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化為高品質(zhì)的液體燃料或高附加值產(chǎn)品而受到廣泛關(guān)注。在生物質(zhì)各種熱化學(xué)轉(zhuǎn)化過程中，熱解過程的研究是最基本的內(nèi)容，通過對生物質(zhì)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(zhuǎn)化利用生物質(zhì)能技術(shù)提供科學(xué)依據(jù)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(nóng)林廢棄生物質(zhì)進(jìn)行了真空熱重、真空熱解液化和真空化學(xué)活化等實驗研究，以探討生物質(zhì)真空熱解特性行為和生物質(zhì)真空化學(xué)活化法制備活性炭的規(guī)律等，主要內(nèi)容包括以下幾個方面： （1）對7種生物質(zhì)進(jìn)行了真空熱重分析，考察了不同生物質(zhì)原料、升溫速率對生物質(zhì)真空熱解反應(yīng)的影響。結(jié)果表明，7種生物質(zhì)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(zhì)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(zhì)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(nóng)業(yè)生物質(zhì)。熱解溫度為500℃時，7種生物質(zhì)的真空熱解反應(yīng)基本完成。隨著升溫速率的增加，生物質(zhì)的熱重曲線右移，峰值溫度向高溫方向偏移，生物質(zhì)真空熱分解的主反應(yīng)溫度區(qū)間增寬

4、。杉木屑真空熱解反應(yīng)近似為一級反應(yīng)。 （2）以杉木屑為原料，進(jìn)行了真空熱解液化實驗研究，探討了過程參數(shù)對熱解產(chǎn)物的影響。結(jié)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(chǎn)率。真空熱解產(chǎn)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(chǎn)率可達(dá)67％以上。不同熱解條件下制得生物油樣品的主要化學(xué)成分及其

5、相對含量差別較大，通過選擇合適的熱解參數(shù)可獲取附加值較高的生物油，以提高生物油的應(yīng)用價值。杉木屑真空熱解炭已經(jīng)具有初步的孔隙結(jié)構(gòu)，孔隙以微孔為主，具備進(jìn)一步擴(kuò)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(zhì)為原料，進(jìn)行了真空熱解液化制取生物油的實驗研究，考察了生物質(zhì)種類對真空熱解產(chǎn)物產(chǎn)率、生物油理化性質(zhì)的影響。7種生物質(zhì)的真空熱解產(chǎn)物均以生物油為主，生物油產(chǎn)率均在55％以上。其中林業(yè)生物質(zhì)的生物油產(chǎn)率較農(nóng)業(yè)生物質(zhì)高，杉

6、木屑的生物油產(chǎn)率最高，為67.25％，玉米秸稈的生物油產(chǎn)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(nóng)業(yè)生物油，粘度較小，為2.29～7.36m㎡/s，η林業(yè)生物油>η農(nóng)業(yè)生物油。7種生物油所含化合物類型相似，但具體化學(xué)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(dá)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(jù)原料的化學(xué)組成、分子結(jié)構(gòu)以及真空熱解產(chǎn)物生物油組分的結(jié)構(gòu)，對生物質(zhì)真空熱解制備生物油的機(jī)理進(jìn)行了初步探討，得出生物油主要組分的形成機(jī)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(zhì)進(jìn)行了真空化學(xué)活化

8、法制備活性炭以及以杉木屑為原料常壓化學(xué)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(shù)對活性炭性能的影響。結(jié)果表明，7種生物質(zhì)的活性炭產(chǎn)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(xué)活化制備活性炭的最佳反應(yīng)體系壓力為20.5kPa。在較佳工藝條件下通過真空化學(xué)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?；钚蕴恳晕⒖捉Y(jié)構(gòu)為主，比表面積為1070.59㎡/g，微孔體積為0.5581cm3/g，平均孔徑