【摘要】：清潔、可再生的生物質(zhì)燃料因其在燃燒過(guò)程中低污染、碳中和等天然優(yōu)勢(shì)被一致認(rèn)為是最理想的替代燃料。而直接液化是制備液體生物燃料最主要的技術(shù)之一,不僅避免了高能耗的干燥脫水步驟,還對(duì)原料組分要求不敏感,可實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)的全額利用。微藻和木質(zhì)纖維類生物質(zhì)的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)特性存在巨大差異,因而本文針對(duì)自然界中廣泛存在以及在極短的培養(yǎng)周期內(nèi)即可獲得的低脂類微藻中的螺旋藻和近些年瘋狂生長(zhǎng)而又尚未得到有效利用的木質(zhì)纖維類互花米草為原料,研究其在乙醇-水共溶劑中的直接液化過(guò)程,考察了溫度、反應(yīng)時(shí)間、共溶劑中乙醇體積分?jǐn)?shù)和液料比等工藝條件對(duì)液化產(chǎn)物分布的影響,采用多種檢測(cè)方法系統(tǒng)地分析了原料特性、生物油的主要成分,并開展了直接液化過(guò)程中的能量評(píng)估,初步探索了乙醇-水共溶劑中的直接液化機(jī)理和潛在的反應(yīng)路徑。以螺旋藻為原料的研究結(jié)果表明,螺旋藻是一種低脂高蛋白微藻,N含量遠(yuǎn)高于木質(zhì)纖維類生物質(zhì),其理論分子式為CH_(1.77)O_(0.57)N_(0.2),熱值為18.5MJ/kg;溫度、反應(yīng)時(shí)間和乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)生物油產(chǎn)率影響顯著,生物油產(chǎn)率均呈現(xiàn)先上升后下降趨勢(shì);當(dāng)反應(yīng)溫度為300℃、保溫時(shí)間為45min、共溶劑中乙醇體積分?jǐn)?shù)為50%、液料比為40/4mL·g~（-1）時(shí),液化效果最佳,此時(shí)生物油產(chǎn)率高達(dá)59.5%;乙醇比水更易促進(jìn)生物質(zhì)大分子物質(zhì)向油相的轉(zhuǎn)化;與單一溶劑相比,乙醇-水共溶劑轉(zhuǎn)化率更高,乙醇和水的共溶劑具有明顯的協(xié)同作用,液化效果更好;FT-IR和GC-MS測(cè)試表明,溶劑影響生物油的成分及相對(duì)含量,與水熱液化油相比,另外兩種生物油中含量最豐富的化合物為酯類;共溶劑中的乙醇能夠與酸類和酰胺類物質(zhì)分別發(fā)生酯化反應(yīng)和醇解反應(yīng)生成相應(yīng)的酯,提升了生物油的產(chǎn)率和品質(zhì);50%乙醇-水共溶劑中生物油的熱值為33.9MJ/kg,能量回收率高達(dá)80.7%。以互花米草為原料的研究結(jié)果表明,互花米草是一種木質(zhì)纖維類生物質(zhì),原料中C和O元素含量豐富,而N含量1%,其理論公式為CH1.66O0.96N0.02,熱值為17.8MJ/kg;升溫速率影響互花米草的熱重特性,互花米草的TG和DTG曲線隨著升溫速率增加向高溫側(cè)橫向移動(dòng);最佳操作條件為10mL/g的液料比,50%的乙醇體積分?jǐn)?shù)和340℃的反應(yīng)溫度,此條件下的產(chǎn)油率最大而殘?jiān)首畹?生物油組分復(fù)雜,包括酸、酚、酯、呋喃、酮等,主要成分為酚類和酯類,相對(duì)含量分別為29.62%和11.27%;乙醇能夠與酸發(fā)生酯化反應(yīng)生成酯類,而酚類主要來(lái)自原料中木質(zhì)素的降解。乙醇-水共溶劑作為液化介質(zhì)相比于單一溶劑(水或乙醇)具有更高的能量回收率,同時(shí)兼顧了油產(chǎn)率和品質(zhì),因而乙醇-水共溶劑是直接液化技術(shù)中非常有應(yīng)用前景的液化介質(zhì)。
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TK6

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2772675