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生物质供氢热解实验研究

刘世奇  
【摘要】:本文对生物质的供氢热解特性进行研究,采用供氢剂共热解与H2气氛下加氢热解两种方式。首先考察了低密度聚乙烯(LDPE)作为供氢剂对生物质热解的影响;随后以N2实验结果作为对照,考察H2气氛对生物质热解产物产率与生物油组分的影响,并对生物质三大组分纤维素、半纤维素、木质素分别进行了加氢热解实验从而研究相应的加氢反应路径,为生物质供氢热解机理研究提供了一定的理论依据。论文以木屑和LDPE作为生物质原料与供氢剂进行共热解实验,考察了共热解中协同作用对生物油收率与组分的影响。木屑与LDPE共热解可以提高液体收率,当热解温度为600 ℃时液体收率达到最大值为56.84%,比理论值高约6%。对共热解液体产物组成进行了分析,发现共热解过程中生成某些特定组分,如十一醇、庚烯醛等含氧长链化合物,是生物质与LDPE共热解时自由基相互作用的产物;通过热重-红外联用实验分析了生物质与塑料共热解行为,共热解最大反应速率温度为490 ℃,相比LDPE单独热解时的512 ℃,降低约22 ℃。将木屑作为实验原料研究了生物质在氢气气氛下的热解实验特性,并以N2气氛的实验结果作为对照,考察了氢气气氛对热解产物产率与组分的影响。结果发现与N2相比,H2条件下固体产率降低约9%,液体产率提高了约5.8%,同时由于氢气的存在促进了呋喃环的异构化,加氢热解所得生物油中发现了2-甲基萘等芳香烃类化合物,而在N2条件下中并未发现。为探究生物质具体的加氢热解路径,本文以生物质三种组分(纤维素、半纤维素和木质素)为原料,对其加氢热解特性进行探究,考察了氢气对三种组分热解行为的影响,概括了其热解反应路径。结果表明木质素由于自身具有较多芳环与复杂氢键,焦炭产率高于纤维素与半纤维素;氢气的存在使得纤维素热解时呋喃环分子重排等反应加速,糖苷键断裂增强,油中苯类含量提高,半纤维素热解油中醇类相对含量增加,木质素中挥发分加氢脱氧反应加剧,热解油中芳香烃类比例升高。


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