生物質(zhì)真空熱解產(chǎn)物在線催化提質(zhì)的試驗(yàn)研究.pdf

1、生物質(zhì)能源本質(zhì)上是綠色植物通過(guò)光合作用轉(zhuǎn)化和固定下來(lái)的太陽(yáng)能。生物油是生物質(zhì)受熱裂解，產(chǎn)生的揮發(fā)分經(jīng)快速冷凝后獲得的液相產(chǎn)物。然而，通過(guò)熱解生物質(zhì)獲得的生物油有較多的缺陷:含水率較高(30％～50％)、腐蝕性較強(qiáng)(pH值介于2～5之間)、熱值較低(15～19MJ/kg)、氧元素含量較高（45％以上）和化學(xué)穩(wěn)定性較差。
　　目前，對(duì)生物質(zhì)熱解蒸氣進(jìn)行催化裂解是生物油提質(zhì)的主要方法之一。在線催化提質(zhì)可以改善生物油的理化特性，改變熱解產(chǎn)

2、物分布，有效降低能耗和催化劑結(jié)焦率，提高催化效率。本文選取了我國(guó)較為常見(jiàn)的農(nóng)林廢棄物——油菜秸稈作為生物質(zhì)原料，在固定床反應(yīng)器上對(duì)油菜秸稈真空熱解產(chǎn)生的熱解蒸氣進(jìn)行催化提質(zhì)研究。主要研究?jī)?nèi)容為:
　　(1)生物質(zhì)是指利用大氣、水、土地等通過(guò)光合作用而產(chǎn)生的各種有機(jī)體，而生物質(zhì)的種類繁多，其成分構(gòu)成也較為復(fù)雜。本文篩選了較為常見(jiàn)的五種生物質(zhì)，包括油菜秸稈、水稻稻草、水稻稻殼、松木和松葉等，對(duì)它們進(jìn)行了元素測(cè)定和工業(yè)分析。選擇了油菜秸

3、稈作為生物質(zhì)熱解試驗(yàn)及生物質(zhì)在線催化熱解試驗(yàn)的原料。
　　(2)影響生物質(zhì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化過(guò)程的最主要的因素是加熱的升溫速率、反應(yīng)終溫和氣相滯留時(shí)間。較低的溫度和較低的加熱速率會(huì)導(dǎo)致物料較易炭化，使固體生物質(zhì)炭的產(chǎn)率增加。熱解終溫和終溫保留時(shí)間不變時(shí)，隨著升溫速率的提高(5℃/min～35℃/min)，液相產(chǎn)物會(huì)呈現(xiàn)先增加后保持不變的趨勢(shì);當(dāng)終溫保留時(shí)間和升溫速率不變時(shí)，隨著熱解溫度的升高(400℃～600℃)，液相產(chǎn)物產(chǎn)率在500℃時(shí)

4、達(dá)到峰值;終溫保留時(shí)間對(duì)各相產(chǎn)率的影響較小，各相產(chǎn)率在終溫保留時(shí)間5min至50min范圍內(nèi)沒(méi)有較大的變化。生物質(zhì)的熱裂解反應(yīng)在熱解溫度達(dá)到500℃時(shí)基本完成。
　　(3)升溫速率為20℃/min，熱解終溫為500℃，終溫保留時(shí)間為20min時(shí)，熱解油菜秸稈獲得的生物油產(chǎn)率較高。使用了氣質(zhì)聯(lián)用分析儀(GC-MS)對(duì)該試驗(yàn)條件下制備的生物油進(jìn)行成分分析。生物油中含有較多的酚類，包括2-甲氧基苯酚、2，6-二甲氧基苯酚等。但是，生物油

5、中也含有較多的醛、酮和酸類物質(zhì)，這三類物質(zhì)化學(xué)反應(yīng)活性較高、化學(xué)穩(wěn)定性較差，阻礙了生物油的應(yīng)用和推廣。
　　(4)使用HZSM-5分子篩催化劑對(duì)較優(yōu)工藝參數(shù)下產(chǎn)生的油菜秸稈熱解氣進(jìn)行在線催化提質(zhì)。催化劑質(zhì)量對(duì)精制油的催化效果不同。催化劑質(zhì)量較少時(shí)，催化活性中心數(shù)量有限，催化提質(zhì)不完全;催化劑質(zhì)量過(guò)量時(shí)，二次催化裂解反應(yīng)加劇，使可冷凝揮發(fā)分含量減少，精制油產(chǎn)率降低。在催化溫度為500℃時(shí)，精制油的高位熱值較高，氧元素含量的較低。催化

6、溫度較低時(shí)，無(wú)法將反應(yīng)分子從常態(tài)轉(zhuǎn)化為活性狀態(tài)，導(dǎo)致催化劑結(jié)焦明顯，催化效果較差;催化溫度較高時(shí)，催化劑發(fā)生燒結(jié)和熱失活，催化性能減弱。HZSM-5分子篩的硅鋁比對(duì)催化產(chǎn)物分布具有較大的影響。當(dāng)硅鋁比為50時(shí)，精制油具有較高的高位熱值與較低的氧元素含量，催化提質(zhì)效果較好。原料質(zhì)量150g，催化劑質(zhì)量為60g，催化溫度為500℃，HZSM-5分子篩硅鋁比為50時(shí)，精制油中的醛、羧酸和酮類物質(zhì)的松葉大幅降低，具有高化學(xué)附加值的酚類和烴類物質(zhì)