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高密度聚乙烯和生物质共液化实验研究

作　者: 杨丹
导　师: 袁兴中
学　校: 湖南大学
专　业: 环境工程
关键词: 共液化高密度聚乙烯生物质生物油
分类号: TQ511.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

近年来,由于化石燃料的日益枯竭,生物能源的研究越来越受到人们的关注。液化生物质获取生物油的研究已经成为研究的热点。生物质不仅资源丰富,分布广泛且燃烧过程中几乎不产生污染气体,其能源的开发利用为无数学者所青睐。随着塑料的大量使用和液化技术的日益成熟,塑料的液化技术应运而生,塑料富含碳氢元素,且与煤相比H/C更接近于石油,具有良好的液化性能。目前单独液化技术日益成熟,但是单独液化具有耗能高,液化油收率低等缺点,寻求更好的液化方式成为当前竞相研究的热点,将塑料和生物质共液化的研究也逐渐被提上日程。本液化研究以去离子水为液化反应介质,以塑料(高密度聚乙烯)和木屑为原料做探索性实验,考察了共液化在不同反应条件下的反应结果。实验在温度为613-693K、压力为20-30MPa的条件下,在1L间歇式高压反应釜中进行,考察了反应时间、温度、溶剂填充率对液化行为的影响,重点考察了不同催化剂在此液化体系中的作用。未添加催化剂的实验研究结果表明,木屑的加入能降低塑料液化对高温的要求,共液化能获得较高的液化油收率,共液化反应在653K的温度下油收率达最大值24.0%,转化率达83.5%,油的热值为44.6MJ/kg。同时在高密度聚乙烯(HDPE)与木屑液化反应较佳的反应条件下,对高密度聚乙烯与瓜子壳以及高密度聚乙烯与花生壳共液化结果进行分析,研究表明,在未添加催化剂的情况下,C元素含量和H元素含量较高的瓜子壳和花生壳均表现出比木屑好的液化性能,液化油收率和转化率均较高密度聚乙烯与木屑共液化的情况高,说明了高的C元素含量和H元素含量在一定程度上有利于生物质与高密度聚乙烯的共液化反应。在催化共液化实验中,主要研究的是不同催化剂对高密度聚乙烯与生物质共液化结果的影响,选用木屑为生物质代表与高密度聚乙烯进行催化液化实验。研究结果表明,分子筛催化剂(HZSM-5)在选用的催化剂中表现出良好的催化性能,在相同的反应条件下未添加催化剂时高密度聚乙烯与木屑的共液化油收率最大值为24.0%,而添加分子筛催化剂后,液化油收率提高到54.0%。碱催化剂NaOH和金属催化剂钼粉也显示出了较佳的催化性能,液化油收率大大提高。由此表明选择一定的催化剂对高密度聚乙烯与生物质的共液化结果具有较好的催化作用。在选用的共液化生物质分别为瓜子壳和花生壳进行研究后发现,催化剂对高密度聚乙烯与瓜子壳共液化结果以及高密度聚乙烯与花生壳共液化结果的催化性能没有高密度聚乙烯与木屑共液化时的结果好,表明催化剂对共液化的催化性能受到生物质种类的影响,对不同的生物质,需要选择不同的催化剂进行催化液化。对共液化产物油的热值分析和气质联用(GC-MS)分析结果表明,本液化实验研究产物油热值高,C和H含量大,燃烧利用价值高。经过一系列的实验研究表明,塑料与生物质共液化获取生物油是一种可行的新能源开发方法,产物油化学性质类似于石油,洁净可再生,对于缓解目前能源危机的现状具有很好的研究和应用意义,本方向在目前的研究中较新,具有很大的研究潜力,值得广大研究者深入研究。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-12
插图索引  12-13
附表索引  13-14
第1章绪论  14-32
  1.1 塑料的液化特点  14
  1.2 塑料的液化机理  14-15
  1.3 生物质能的特点  15
  1.4 生物质的结构  15-18
    1.4.1 纤维素  16-17
    1.4.2 半纤维素  17-18
    1.4.3 木质素  18
  1.5 生物质能的利用现状及其技术  18-21
    1.5.1 机械萃取  19
    1.5.2 生物化学转化  19-20
    1.5.3 热化学转化  20-21
  1.6 生物质液化技术  21-27
    1.6.1 国内外液化技术的发展  21-22
    1.6.2 直接液化的工艺流程  22-23
    1.6.3 影响液化反应的因素  23-27
  1.7 生物油  27-30
    1.7.1 生物油的特点  27-28
    1.7.2 生物油的稳定  28-29
    1.7.3 生物油的国内外研究进展  29
    1.7.4 对我国生物油发展的必要性以及利用的展望  29-30
  1.8 本论文研究的背景和意义  30-32
第2章塑料和生物质的直接共液化研究  32-50
  2.1 前言  32
  2.2 实验目的  32
  2.3 原料及实验设备  32-34
  2.4 气质联用分析条件  34
  2.5 反应方法  34
  2.6 产物分离  34-35
  2.7 高密度聚乙烯与生物质木屑共液化实验结果  35-42
    2.7.1 压力  35-36
    2.7.2 反应时间  36-38
    2.7.3 反应温度  38-40
    2.7.4 溶剂填充率  40-42
  2.8 高密度聚乙烯和其他生物质共液化实验结果  42
  2.9 产物热值分析  42-43
  2.10 产物油气质联用分析  43-49
  2.11 本章结论  49-50
第3章高密度聚乙烯与生物质的催化液化研究  50-60
  3.1 前言  50
  3.2 材料和方法  50
  3.3 催化剂的制备  50-51
  3.4 反应方法  51
  3.5 产物分离  51-52
  3.6 催化液化结果  52-56
    3.6.1 催化剂的介绍  52
    3.6.2 高密度聚乙烯与木屑催化液化结果  52-54
    3.6.3 高密度聚乙烯与其他生物质催化液化结果  54-56
  3.7 产物油气质联用分析  56-58
  3.8 本章结论  58-60
第4章结论与展望  60-63
  4.1 结论  60-61
  4.2 展望  61-63
参考文献  63-68
附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文  68-69
致谢  69

高密度聚乙烯和生物质共液化实验研究

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