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,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),通過預(yù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)對反應(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)省Ｒ跃嗟奶妓徕c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。通過使用傅里葉變換紅外光譜儀對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)化過程中的熱力學(xué)和動力學(xué)性質(zhì)。本文對泡桐在水中直接液化過程的熱力學(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程可看作為一個(gè)單組分的連串反應(yīng)。通過計(jì)算泡桐直接液化過