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农作物秸秆的热解及在水中的液化研究

宋春财  
【摘要】: 本文针对我国东北地区有代表性的农作物秸秆,利用非等温热重法进行了热解和催化热解及动力学研究。同时,在半连续固定床中,采用非等温液化的方法,对秸秆在近/超临界水、甲醇、乙醇和混合溶剂中的液化进行了研究。在此基础上考察了秸秆以碳酸钠及碳酸钾为催化剂时在水中的液化及秸秆与煤的共液化。 (1)在采用标准方法对农作物秸秆进行采集、处理和分析的基础上,利用非等温热重法,在N_2气氛下系统地研究了不同秸秆及其主要组分半纤维素、纤维素、木质素和苯/乙醇可萃取分的热解特性。深入研究了碳酸钠及碳酸钾对秸秆及其主要组分热解特性的影响。分别采用不同的动力学处理方法:Coats-redfern法、Kissinger法、Doyle法及分布活化能模型(DAEM)法求取了热解动力学参数。发现将DAEM应用于生物质热解体系得到了较为理想的结果。 (2)采用正交实验设计,以一定的温度范围间隔秸秆在亚临界水中液化时的液体产率及总收率为考核指标,探讨反应条件及原料与液化结果的规律性;在此基础上研究了不同秸秆单独及混合物料在超临界水中的液化。在水的临界点附近秸秆的液体生成速率较大,此后反应接近完全。混合物料可以比单独液化获得略高的转化率和液体收率,气体收率也有所降低。 (3)选用甲醇、乙醇及甲醇/水和乙醇/水为溶剂,考察秸秆在不同溶剂体系中的液化结果。由于水的临界温度接近秸秆的主要裂解温度区间,转化率和液体收率最高。高温会导致甲醇和乙醇溶剂发生大量分解。混合溶剂可以改善生成的液体产物的组成,在高压下可以获得更高的转化率和液体收率。 (4)以碳酸钠和碳酸钾为催化剂,秸秆在水中的液化结果表明,催化剂不但可以提高液体产物收率,而且可以改善产品质量。与没有加入催化剂的结果相比,Bio-oil收率增加,气体产率降低。 (5)选用水稻秸秆和小龙潭煤为原料,考察了生物质和煤在水中的共液化。发现由于煤和生物质热解温度范围不同,加之升温速率较低,在半连续液化设备中混合液化没有发生协同效应。


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