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《中国农业大学》 2005年
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秸秆热化学液化工艺和机理的研究

梁凌云  
【摘要】:热化学液化是一种高效的生物质转化技术,能够将木质纤维素类材料转化为液体。将农业废弃物——农作物秸秆,通过热化学液化转化成为工业原料,替代石化产品,能够减轻农业废弃物对环境的污染,减少人类对石化资源的消耗与依赖,同时使大量农作物秸秆被增值转化,为农业生产开拓一个新的发展领域,将有利于生态环境的改善和农业的可持续发展。 本课题以农作物秸秆(玉米秸、麦秸、稻草、玉米芯)作为主要原料,以不同液化条件的选择、液化规律的探索以及液化工艺参数的优化为主要研究过程,分析了液化产物的得率及各质量参数,研究了秸秆循环液化、液化机理以及液化反应动力学,对液化工艺进行了优化,并建立秸秆液化反应动力学模型,以期为秸秆液化的工业化生产提供理论依据。 试验了不同的液化剂和催化剂对液化效果的影响,研究表明:EC和EC/EG混合溶剂是高效的液化剂,浓硫酸是一种高效的催化剂。在此基础上,进行了各参数的单因素试验,根据各液化条件与液化得率之间的关系,确定了秸秆液化的较适宜工艺参数范围:液化温度130~180℃、物料量20%~40%、催化剂量2.5%~4.5%以及液化时间60~90 min。秸秆在EC以及EC/EG混合溶剂中的液化趋势基本相同;单一组分较全秸秆容易液化,且其中木质素较纤维素容易液化。液化产物粘度的变化与液化得率基本上呈负相关性。在液化过程中,酸值和羟值在试验中变化范围较小。随着液化得率提高,羟值会相应增加,而酸值在试验过程中则相应减少或保持不变。 利用FTIR对纤维素、木质素以及玉米秸的液化产物及残渣进行分析,结果如下:纤维素在液化过程中有大量酯键生成,并且吡喃环消失;木质素在液化过程中紫丁香环消失,芳香环减少但仍然存在;玉米秸在液化的过程中,其中的纤维素和木质素先于半纤维素被液化,并且木质素变化程度较大。 以液化得率为试验指标,安排了二次回归正交旋转组合设计试验,得出试验指标和各参数之间的回归数学模型,并以此为基础对液化工艺进行了优化,得到优化工艺条件为:反应温度170℃,反应时间95 min,物料量20%,催化剂量3.70%,此时液化得率为92.06%。 为了节省液化剂并为秸秆连续液化生产提供依据,对秸秆循环液化进行研究,得到各循环次数下的最优组合条件:第一次液化,反应温度170℃,反应时间60 min,物料量25%,催化剂量4%;第二次液化,反应温度160℃,反应时间45 min,物料量20%,催化剂量4%;第三次液化,反应温度170℃,反应时间60 min,物料量25%,催化剂量3.5%。 纤维素以及不同秸秆液化的化学动力学研究结果显示,秸秆在液化反应初期(约12 min)符合伪一级反应,液化的化学反应动力学方程为-dC_m/dt=k·C_m,反应速率常数因物料的不同而不同。纤维素在液化初期阶段符合伪一级反应,液化反应动力学模型为-dC_m/dt=k·C_m,反应活化能公式为K=3.09×10~8e 79.20/RT,活化能为79.20 kJ/mol,属于容易进行的反应。
【学位授予单位】:中国农业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2005
【分类号】:TK6

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【引证文献】
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【参考文献】
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【同被引文献】
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【二级引证文献】
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8 周安宁;王祖侗;陈邦杰;;预热镜煤LFS组分的~1H和~(13)CNMR研究[A];第八届全国波谱学学术会议论文摘要集[C];1994年
9 印仁和;刘怀有;赵永刚;王超;何洪鸣;;钛基铁钴镍合金电极用于煤炭的电解还原液化[A];中国化学会第27届学术年会第10分会场摘要集[C];2010年
10 牛文娟;肖卫华;韩鲁佳;;生物质液化及其产物分析方法和应用研究进展[A];中国农业工程学会2011年学术年会论文集[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 梁凌云;秸秆热化学液化工艺和机理的研究[D];中国农业大学;2005年
2 李改云;褐腐预处理木材的苯酚液化及产物的树脂化研究[D];中国林业科学研究院;2007年
3 李金花;生物质直接脱氧液化产物生物石油的分析与精制[D];中国科学院研究生院(理化技术研究所);2008年
4 夏筱红;煤中有害元素直接液化迁移行为及其环境效应[D];中国矿业大学;2009年
5 王知彩;神华煤的预处理及其新型固体酸催化液化研究[D];华东理工大学;2007年
6 蔡俊青;甲烷气氛下煤快速液化反应特性研究[D];天津大学;2008年
7 赵炜;农作物秸秆在亚/超临界醇中的液化[D];中国矿业大学;2009年
8 刘玉环;生物质转化新型无甲醛木材胶粘剂研究[D];南昌大学;2006年
9 衡明星;泡桐在水中催化液化基础研究[D];郑州大学;2010年
10 李燕;秸秆酶解木质素液化改性及聚氨酯发泡材料制备研究[D];中国林业科学研究院;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 陈俊宏;杉木苯酚液化产物及树脂的结构与性能表征[D];北京林业大学;2010年
2 刘娟娟;蔗渣的液化反应及基于液化产物的聚氨酯的制备与表征[D];华南理工大学;2010年
3 童朝晖;麦草化学液化及其机理研究[D];天津轻工业学院;2000年
4 罗蓓;人工林杉木、杨木的苯酚液化及其产物的树脂化研究[D];中国林业科学研究院;2004年
5 李小科;竹材加工剩余物酚化及其胶粘剂制造技术[D];南京林业大学;2006年
6 高冠慧;沙柳、柠条液化产物分离及其结构分析的研究[D];内蒙古农业大学;2008年
7 林进兴;稻草的常压热化学液化研究[D];江南大学;2007年
8 李细晓;城市污泥在超临界流体中的液化行为研究[D];湖南大学;2009年
9 高龙兰;竹废料液化产物制备可生物降解聚氨酯泡沫的研究[D];南昌大学;2008年
10 靳丽萍;沙柳乙二醇液化及其产物聚氨酯泡沫塑料制备的研究[D];内蒙古农业大学;2009年
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