生物質熱解氣分級冷凝機制及其產物的應用研究.pdf

1、熱解可將生物質高效轉化為液體燃料，是替代化石燃料的有效選擇，從而受到廣泛的關注。然而生物質含氧量高，熱解液體產物成分復雜，包括：醚、酯、醛、酮、酚、有機酸、醇和多環(huán)芳烴等易揮發(fā)、不易揮發(fā)的有機物和粘性低聚物，從屬于數個化學類別，幾乎包括了所有種類的含氧有機物，從而造成生物油酸性強、含水和含氧量高以及熱值低等缺點，制約了生物油作為化工產品原料和動力燃料的應用?；诖耍疚尼槍ι镉透鞒煞掷脙r值的不同，根據生物質熱解氣的冷凝過程及其液體產

2、物在不同冷凝溫度下的分布規(guī)律，對生物質熱解氣的分級冷凝進行了實驗研究和理論分析，該研究對生物油高質化利用有很重要的意義。
　　本研究首先采用分級蒸餾方式，根據生物油中各成分沸點的不同，探討在慢速熱解和快速熱解條件下得到的液體產物的有機物種類和分布特性，確定在熱解過程中輕質組分、中質組分和重質組分的冷凝溫度范圍；接著探索了不同熱解方式和不同冷凝溫度條件下液體產物高附加值組分的富集特性，從而達到生物油從源頭分離的目的；最后以得到的具有

3、高能量密度的中質餾分為原料混合焦炭制備生物油漿，探討生物油漿的熱解和氣化特性。該研究對生物質的高效轉化和有效利用有很積極的意義。
　　首先選取典型的生物質棉桿快速熱解油和通過木材干餾得到的木焦油為研究對象，利用蒸餾和溶劑萃取兩種方式，將成分復雜的生物油分級初步分離以得到較完整的成分分析。將具有不同特性的兩種熱解油在不同蒸餾溫度下（110 ℃，110~140 ℃，140～170 ℃，170～200 ℃，200～250 ℃和250～3

4、00 ℃）進行分級分離，成功將生物油分成六個餾分。對各餾分的性質進行深入分析，發(fā)現(xiàn)蒸餾170 ℃以下的輕質餾分具有含水率高、酸性強、粘度和熱值低以及穩(wěn)定性差的特點，主要由沸點較低的有機酸（甲酸、乙酸和丁酸）、酮類（羥基丙酮和環(huán)戊烯酮）以及醛類等化合物組成，且對生物油酸性貢獻最大的羧酸幾乎全部富集在此餾分中；170～250 ℃餾分作為中質組分的產率相對較低，含水量小，流動性差，主要以苯酚和愈創(chuàng)木酚及其衍生物為主；250 ℃以上的餾分作為重

5、質組分在常溫下呈瀝青類物質的固態(tài)，不含水且流動性差，以萘、芴和蒽等大分子量的芳香化合物為主。根據有機物的分類，將各級餾分的化學組成成分歸類，探討蒸餾溫度與物質本身沸點的內在聯(lián)系和影響因素，評價蒸餾在生物油分離方面的作用，為后續(xù)的分級冷凝提供理論指導。
　　其次根據不同的利用價值，采用四級冷凝系統(tǒng)（300 ℃、100 ℃、0 ℃和-20 ℃）對生物質熱解氣進行分級冷凝實驗研究，探討冷凝溫度對各組分的影響。結果表明成分復雜的各類有機物

6、基本按照沸點的順序有規(guī)律的分類富集。0 ℃冷凝時得到的生物油產率最大，超過液體總量的50％，主要是水和有機羧酸；其次是100 ℃時的冷凝產物，以雜酚類物質為主；300 ℃冷凝得到的產物不含水，狀似固體碳，沒有流動性和粘度，理論上收集的是沸點高于300 ℃的瀝青類物質。分級冷凝能夠很好的將水分和有機酸成分從生物油中分離出來，幾乎所有的有機酸和超過80%的水分都富集在0 ℃和-20 ℃冷凝組分中。
　　接著考察了分級冷凝生物油的儲存穩(wěn)

7、定性，利用GC/MS、核磁共振和凝膠色譜等分析手段對生物油各組分的穩(wěn)定性進行分析，最后結合文獻分析了生物油的老化機理。生物油中的有機酸、醛和酮是較活潑的物質，他們之間發(fā)生的酯化反應、聚合和縮合反應是生物油不穩(wěn)定的主要原因，同時大多數的化學反應需在酸性條件下進行，本實驗通過分級冷凝將酸性物質富集在輕質組分中對生物油的穩(wěn)定性有明顯的積極作用。
　　最后將能量密度較高的中質餾分分別混合焦炭和生物質顆粒制備生物油漿，對成漿性和流變特性進行