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生物质超临界液化的实验研究

作　者: 王海雷
导　师: 李志义
学　校: 大连理工大学
专　业: 安全技术及工程
关键词: 生物质 液化 气质联用 超临界水 液化率
分类号: TK6
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 232次
引　用: 6次
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内容摘要


超临界生物质液化是利用超临界状态下的水作为反应介质,生物质在其中进行热解、氧化、还原等一系列热化学反应的过程。主要的气相产物是氢气、二氧化碳、一氧化碳、甲烷和含C2-C4的烷烃等可燃的混合气体,主要的液相产物是多糖及一些小分子的有机物。生物质能源来源广泛,利用超临界水将生物质液化制取燃料和有用化学品,是一种新型、高效的可再生能源转化和利用过程,具有很高的能量转化效率、很强的有机物无害化处理能力;与生物质的可再生性和水的循环使用相结合,可以实现能源转化利用与大自然的良性循环,值得深入开展研究工作。本论文利用自行设计建造的一套间歇式超临界水生物质液化实验装置上,进行实验,主要研究在超临界水环境中,以实际生物质为原料,围绕液化过程中生物质的液化率,液相产率及液相组分的含量等指标,研究反应温度、压力、反应物质量、停留时间、催化剂等因素对液化反应的影响规律;用气质联用进行了液相产物的定性定量分析,认识了中间产物的产生、转化过程,深入研究了超临界水中生物质液的反应路径和反应机理,获得了生物质液化最佳工艺和最佳工艺参数。首先,在超临界水中,以实际生物质为原料,对生物质液化工艺的有效性和主要影响因素进行了实验考察。通过对液相产物的综合分析,明确了生物质在超临界水液化过程中发生的一系列反应,以及新生成的大量中间产物。这些中间产物并不稳定,随着温度的升高和停留时间的延长,最终生成小分子的醛、酸以及气体等。从而对现有的关于超临界水中生物质液化的反应路径和反应机理的认识,得到了拓展和加深。实验研究结果表明,对于实际生物质来说,压力是反应过程的主要影响因素。在一定压力范围内,随着压力的升高,液化效果进一步提高。反应停留时间一般10min左右可得最好液化效果,随反应物的不同略有不同,但反应时间过长对于液化效果都无帮助。反应温度对液化效果也有一定的影响,在超临界以上高温有助于液化,但在临界点附近影响不大。催化剂对超临界水中生物质液化的影响很大,结果表明,碱式催化剂可以有效地改善液化效果,可以促进环状化合物的开环及异构化反应的进行。但催化剂的使用带来的环境污染及复杂的后续处理问题是不容忽视的。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
引言  9-11
1 文献综述  11-25
  1.1 能源资源利用现状  11-14
    1.1.1 能源资源利用的发展过程  11-13
    1.1.2 我国能源利用现状  13-14
  1.2 生物质能的利用综述  14-20
    1.2.1 生物质能源主要利用方法  14-17
    1.2.2 生物质液化成果  17-19
    1.2.3 生物质能利用的意义  19-20
  1.3 超临界流体的应用  20-24
    1.3.1 超临界流体的定义  20-22
    1.3.2 超临界水的性质  22-24
  1.4 论文的研究思路和意义  24-25
    1.4.1 论文的研究思路  24
    1.4.2 论文的研究意义  24-25
2 实验系统和方法  25-36
  2.1 实验装置和材料  25-30
    2.1.1 实验装置  25-29
    2.1.2 实验材料  29
    2.1.3 实验步骤  29-30
  2.2 分析方法和仪器  30-35
    2.2.1 分析仪器  30-32
    2.2.2 气质联用  32-34
    2.2.3 固相产物处理方法  34
    2.2.4 液相产物分析方法  34-35
  2.3 本章小结  35-36
3 生物质液化率的实验研究  36-54
  3.1 液化率研究的意义  36
  3.2 柞木液化实验结果  36-44
    3.2.1 正交实验结果  36-39
    3.2.2 单因素实验结果  39-42
    3.2.3 催化剂作用  42-44
  3.3 落叶松液化实验结果  44-49
    3.3.1 催化剂作用  47-49
  3.4 花生壳液化实验结果  49-52
  3.5 本章小结  52-54
4 生物质液化色谱分析结果  54-65
  4.1 气质联用分析结果  54-64
  4.2 本章小结  64-65
5 生物质液化反应机理的研究  65-74
  5.1 模型化合物反应机理分析  65-71
  5.2 自由基反应机理  71-73
  5.3 本章小结  73-74
结论  74-76
参考文献  76-80
附录A 落叶松液化产物的气相色谱图  80-92
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  92-93
致谢  93-94

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中图分类: > 工业技术 > 能源与动力工程 > 生物能及其利用
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