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水热法催化液化农业废生物质的研究

王立华  
【摘要】: 随着社会的发展,人类对能源的需求越来越多,但是地球上化石资源的储藏量逐渐减少,对人类生存提出了挑战,寻找开发新型能源已迫在眉睫。生物质(biomass)是较传统化石能源具有可再生、资源丰富、低污染、分布广泛等优点的新能源,包括利用太阳能经光合作用合成的任何有机物,如:木材、废弃木材、农作物秸秆及副产品、城市固体废弃物、以及动植物、藻类和食物加工产生的废弃物等。目前生物质转化技术分为生物转化法和热化学转化法,后者主要有气化、热解、液化等工艺。水热法液化生物质因在常压或略微加压的较为温和的条件下进行,液化获得产品油品质较高,越来越受到中外学者的关注。 本文以水为反应介质,以农业废物木屑和稻草为研究对象,以实验温度为260~380℃,停留时间为10 min,考察反应条件对生物质液化行为的影响,重点考察了负载型金属催化剂和碱性催化剂对生物油及固体残渣产率的影响,同时对反应获得的生物油和固体残渣进行定量及定性分析。实验结果表明,反应温度、原料种类,以及催化剂都对实验结果有深刻影响:木屑和稻草直接液化获得的生物油总产率随着温度的升高先增加后降低。 在生物质的催化液化实验中,以NiHZSM-5为催化剂在280℃、10min条件下,木屑催化液化的总产率由20.69%提高到31.36%,该类负载型金属催化剂可以有效促进木屑的液化,提高其液化产率;在稻草的催化液化中催化剂明显抑制稻草液化固体残渣的生成,降低固体残渣相产率,提高其液化转化效率;在以Na_2CO_3, NaOH、K_2CO_3和KOH四类碱为催化剂液化生物质过程中,发现碱性催化剂明显降低了生物质液化固体残渣相的产率,同时能使生物油H/C升高,四种催化剂的催化液化结果表明NaOH的效果最好。 实验制得的生物油是一种黑褐色的粘稠状液体,成份复杂,主要包括酮类物质和酚类的衍生物等。催化剂作用下的生物油中氧元素含量明显降低,热值提高,实验证明以负载型金属催化剂催化生物质具有一定的优越性。


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