發(fā)布時(shí)間：2020-05-20 11:04

【摘要】：生物質(zhì)作為一種可再生能源,來(lái)源廣泛,具有替代化石燃料的應(yīng)用前景。生物質(zhì)快速熱解制備生物油技術(shù)因具有周期短、成本低、效率高等優(yōu)點(diǎn),受到各界廣泛關(guān)注。但是,熱解制備的生物油同時(shí)具有含氧量高、酸性強(qiáng)、粘度大、能量密度低等缺點(diǎn)。正是由于這些缺點(diǎn),生物油無(wú)法直接應(yīng)用于現(xiàn)有的內(nèi)燃機(jī)。為了將其應(yīng)用于現(xiàn)有的內(nèi)燃機(jī),必須對(duì)生物油進(jìn)行脫氧處理,以提升生物油品質(zhì)�？焖俅呋療峤饧夹g(shù)可以通過(guò)對(duì)生物質(zhì)熱解氣進(jìn)行催化處理,獲得富含芳烴類產(chǎn)物的生物油,從而提高生物油品質(zhì)�；诖吮尘�,本文的研究包括以下四個(gè)方面： 1、研究生物質(zhì)熱解液化技術(shù)的調(diào)控機(jī)理 生物質(zhì)快速熱解是一種可以有效利用木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)的技術(shù),其熱解過(guò)程極其復(fù)雜,受到原料種類及多種實(shí)驗(yàn)條件的影響。生物質(zhì)快速熱解一般在缺氧和中溫(400-600。C)條件下進(jìn)行,生成氣、液、固三種產(chǎn)物。核桃殼作為一種常見農(nóng)林廢棄物,廣泛種植于亞洲、歐洲和南美洲。為了有效利用干果殼類生物質(zhì),選用產(chǎn)自安徽寧國(guó)的山核桃殼作為實(shí)驗(yàn)原料,進(jìn)行了快速熱解實(shí)驗(yàn)的研究。實(shí)驗(yàn)利用Py-GC/MS裝置,分別考察了熱解溫度和熱解時(shí)間對(duì)熱解產(chǎn)物分布的影響,以及在特定實(shí)驗(yàn)條件下對(duì)液體產(chǎn)物的組分性質(zhì)進(jìn)行分析。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),熱解產(chǎn)物的量隨熱解溫度的上升呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì),且在600℃左右達(dá)到峰值。最·優(yōu)實(shí)驗(yàn)條件為600℃和20s,熱解主要產(chǎn)物中含有大量的雜酚類和少量的小分子醇、醛、烴類化合物。 2、新型催化劑W2C/MCM-41的制備與表征 通過(guò)等體積浸制法和程序升溫還原法制備碳化鎢負(fù)載MCM-41的催化劑,并通過(guò)調(diào)節(jié)浸制液中鎢酸銨的濃度獲得不同負(fù)載量的目標(biāo)催化劑W2C/MCM-41。利用比表面積孔徑分析儀對(duì)目標(biāo)催化劑進(jìn)行表征,發(fā)現(xiàn)目標(biāo)催化劑W2C/MCM-41比較面積較高(880cm2/g)、孔徑均一(3mm)。SEM和TEM圖顯示,制備的催化劑金屬碳化鎢負(fù)載均勻、催化劑粒徑均一,且催化劑制備過(guò)程對(duì)MCM-41載體原本形態(tài)并無(wú)較大影響。 3、研究新型催化劑W2C/MCM-41對(duì)木質(zhì)素催化熱解的效果 以獲取富含芳烴類化合物的生物油為目標(biāo),通過(guò)Py-GC/MS進(jìn)行木質(zhì)素快速催化熱解實(shí)驗(yàn),在研究碳化鎢負(fù)載量Si/W、熱解溫度、催化劑使用量C/L對(duì)熱解芳烴類產(chǎn)物分布的影響基礎(chǔ)上,考察新型催化劑W2C/MCM-41的催化效果及其穩(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),該催化劑能夠有效地促進(jìn)生物質(zhì)熱解氣中單環(huán)芳烴的形成,且具有良好的催化穩(wěn)定性。在最優(yōu)實(shí)驗(yàn)條件下,即催化劑W2C/MCM-41的Si/W=50、溫度750℃時(shí),芳烴類產(chǎn)率達(dá)到約20%,單環(huán)芳烴的選擇性可達(dá)85%。 4、催化劑的催化路徑和催化機(jī)理 基于熱解產(chǎn)物分析,提出了目標(biāo)催化劑的催化路徑,主要分為四步。第一步,木質(zhì)素裂解成大分子聚合物,中間體化合物以及小分子化合物,主要包括COx,SOx和H20。中間體化合物包括四種典型化合物：苯酚、甲苯酚、愈創(chuàng)木酚和二甲氧基苯酚。這些中間體可以擴(kuò)散至催化劑的孔道中。第二步,催化脫水過(guò)程,苯環(huán)上的羥基-OH被移除,使酚類得以轉(zhuǎn)化為芳烴類物質(zhì)。同時(shí),部分中間體發(fā)生脫水、脫羰基及聚合反應(yīng),從而生成稠環(huán)化合物,而稠環(huán)化合物進(jìn)一步反應(yīng)形成積碳。水分的存在有利于碳發(fā)生水煤氣轉(zhuǎn)化反應(yīng),為催化加氫脫氧反應(yīng)提供氫氣。第三步,含有甲氧基的芳環(huán)物質(zhì)上的PhO-CH3鍵發(fā)生斷裂,形成酚類。甲基一方面轉(zhuǎn)化成甲烷,另一方面由于協(xié)同效應(yīng)發(fā)生甲基轉(zhuǎn)移作用回到苯環(huán)上。最后一步,第三步中生成的酚類進(jìn)一步的發(fā)生脫水作用,移除羥基-OH官能團(tuán)轉(zhuǎn)化成芳烴類物質(zhì)。最終的芳烴產(chǎn)物主要包括苯、甲苯、二甲苯和三甲苯等。
【圖文】：

圖1.1全球表面溫度隨時(shí)間變化趨勢(shì)圖1.1給出了全球溫度隨著時(shí)間變化的趨勢(shì)�？梢钥吹�，，全球變暖的速度呈線性增長(zhǎng)趨勢(shì)。在20世紀(jì)以前，全球表面溫度一直在±0.1 °C范圍內(nèi)波動(dòng)。而到了 20世紀(jì)中期全球表面溫度^u始呈現(xiàn)增長(zhǎng)的趨勢(shì)，并且在2020年后，預(yù)計(jì)全球表面溫度的升溫速度將達(dá)到0.25 °C/10年。然而，化石燃料的過(guò)度消費(fèi)所帶來(lái)的問(wèn)題不僅僅是溫室效應(yīng)，還有能源危機(jī)、臭氧破壞等。BP石油公司于2014年6月發(fā)布的世界能源統(tǒng)計(jì)顯示，石油、煤炭和天然氣仍是世界的主要能源

第1章緒論 如生物質(zhì)能、地?zé)崮�、太�?yáng)能、風(fēng)能、潮沙能等。近些年來(lái)，可再生能源相關(guān)的利用技術(shù)發(fā)展迅猛。從圖1.2中可以看到，在2013年石油、煤炭和天然氣的消費(fèi)增長(zhǎng)速率降到3%以下，而可再生能源的全年增長(zhǎng)速率達(dá)到了 16.3%。以美國(guó)、德國(guó)和中國(guó)為例，可再生能源在能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中所占比例分別為24.4%、13.4%和10.9%。由此可以看出，作為化石燃料的替代能源，可再生能源擁有著優(yōu)秀的發(fā)展?jié)摿�。這些都得益于石油價(jià)格的持續(xù)上漲以及政府的大力支持，為新能源的^u發(fā)帶來(lái)了機(jī)遇。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TK6

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2672524