【摘要】：生物質作為一種可再生能源,來源廣泛,具有替代化石燃料的應用前景。生物質快速熱解制備生物油技術因具有周期短、成本低、效率高等優(yōu)點,受到各界廣泛關注。但是,熱解制備的生物油同時具有含氧量高、酸性強、粘度大、能量密度低等缺點。正是由于這些缺點,生物油無法直接應用于現(xiàn)有的內燃機。為了將其應用于現(xiàn)有的內燃機,必須對生物油進行脫氧處理,以提升生物油品質�？焖俅呋療峤饧夹g可以通過對生物質熱解氣進行催化處理,獲得富含芳烴類產(chǎn)物的生物油,從而提高生物油品質。基于此背景,本文的研究包括以下四個方面： 1、研究生物質熱解液化技術的調控機理 生物質快速熱解是一種可以有效利用木質纖維素類生物質的技術,其熱解過程極其復雜,受到原料種類及多種實驗條件的影響。生物質快速熱解一般在缺氧和中溫(400-600。C)條件下進行,生成氣、液、固三種產(chǎn)物。核桃殼作為一種常見農林廢棄物,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,選用產(chǎn)自安徽寧國的山核桃殼作為實驗原料,進行了快速熱解實驗的研究。實驗利用Py-GC/MS裝置,分別考察了熱解溫度和熱解時間對熱解產(chǎn)物分布的影響,以及在特定實驗條件下對液體產(chǎn)物的組分性質進行分析。實驗發(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,且在600℃左右達到峰值。最·優(yōu)實驗條件為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 通過等體積浸制法和程序升溫還原法制備碳化鎢負載MCM-41的催化劑,并通過調節(jié)浸制液中鎢酸銨的濃度獲得不同負載量的目標催化劑W2C/MCM-41。利用比表面積孔徑分析儀對目標催化劑進行表征,發(fā)現(xiàn)目標催化劑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載均勻、催化劑粒徑均一,且催化劑制備過程對MCM-41載體原本形態(tài)并無較大影響。 3、研究新型催化劑W2C/MCM-41對木質素催化熱解的效果 以獲取富含芳烴類化合物的生物油為目標,通過Py-GC/MS進行木質素快速催化熱解實驗,在研究碳化鎢負載量Si/W、熱解溫度、催化劑使用量C/L對熱解芳烴類產(chǎn)物分布的影響基礎上,考察新型催化劑W2C/MCM-41的催化效果及其穩(wěn)定性。實驗發(fā)現(xiàn),該催化劑能夠有效地促進生物質熱解氣中單環(huán)芳烴的形成,且具有良好的催化穩(wěn)定性。在最優(yōu)實驗條件下,即催化劑W2C/MCM-41的Si/W=50、溫度750℃時,芳烴類產(chǎn)率達到約20%,單環(huán)芳烴的選擇性可達85%。 4、催化劑的催化路徑和催化機理 基于熱解產(chǎn)物分析,提出了目標催化劑的催化路徑,主要分為四步。第一步,木質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。這些中間體可以擴散至催化劑的孔道中。第二步,催化脫水過程,苯環(huán)上的羥基-OH被移除,使酚類得以轉化為芳烴類物質。同時,部分中間體發(fā)生脫水、脫羰基及聚合反應,從而生成稠環(huán)化合物,而稠環(huán)化合物進一步反應形成積碳。水分的存在有利于碳發(fā)生水煤氣轉化反應,為催化加氫脫氧反應提供氫氣。第三步,含有甲氧基的芳環(huán)物質上的PhO-CH3鍵發(fā)生斷裂,形成酚類。甲基一方面轉化成甲烷,另一方面由于協(xié)同效應發(fā)生甲基轉移作用回到苯環(huán)上。最后一步,第三步中生成的酚類進一步的發(fā)生脫水作用,移除羥基-OH官能團轉化成芳烴類物質。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全球表面溫度隨時間變化趨勢圖1.1給出了全球溫度隨著時間變化的趨勢�？梢钥吹�，，全球變暖的速度呈線性增長趨勢。在20世紀以前，全球表面溫度一直在±0.1 °C范圍內波動。而到了 20世紀中期全球表面溫度^u始呈現(xiàn)增長的趨勢，并且在2020年后，預計全球表面溫度的升溫速度將達到0.25 °C/10年。然而，化石燃料的過度消費所帶來的問題不僅僅是溫室效應，還有能源危機、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 如生物質能、地熱能、太陽能、風能、潮沙能等。近些年來，可再生能源相關的利用技術發(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增長速率降到3%以下，而可再生能源的全年增長速率達到了 16.3%。以美國、德國和中國為例，可再生能源在能源消費結構中所占比例分別為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Α＿@些都得益于石油價格的持續(xù)上漲以及政府的大力支持，為新能源的^u發(fā)帶來了機遇。
【學位授予單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TK6

【參考文獻】

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本文編號：2672524