秸秆生物油组分分离及其改质升级

作     者：赵福田 

作者单位：河南理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王枫

授予年度：2022年

学科分类：080703[工学-动力机械及工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：秸秆生物质 金属原位供氢 分子蒸馏 催化加氢 水热液化 

摘      要：生物质因其可再生、无污染和碳中性特点,可期望作为化石燃料的替代能源原料。其中作物秸秆因其来源丰富和低成本的优势,而被广泛关注,关注的焦点集中于高品质(高饱和度和低杂原子含量)生物燃料的获得。基于此背景,本论文以水稻秸秆和花生秸秆为原料,开展其金属原位供氢条件下的水热液化,以及生物油组分分离及其改质升级研究。首先研究了金属Al和Fe原位供氢对水稻秸秆液化产物分布及其生物油产率与品质的影响。研究发现,金属Al的添加对生物油产率和品质并未有实质性的提升。但气体产物中氢气含量随Al添加量的增加而增加,由零添加量时的1.74 mmol%增加至添加量为25 wt.%时的21.32 mmol%。其原因或在于金属Al产氢温度区间与秸秆中木质纤维素组分解离温度区间不一致。相较于Al,金属Fe的添加能够提升生物油产率,且气体产物中氢气含量并未随Fe添加量增加而增长。所得生物油具有更高的C、H含量和更低的O含量,从而导致生物油具有更高的热值。GC-MS分析亦表明添加金属Fe所得生物油较添加Al时含有更多的酚类和醇类化合物。然后利用分子蒸馏技术,在相同温度(130℃)和不同压强(500 Pa,1000 Pa和3000 Pa)下对花生秸秆生物油进行分离,并对比所得轻油、重油以及生物油的元素和分子组成及其催化加氢改质行为。研究发现,同一条件下获得的轻油比重油通常具有更高的H/C比和O含量,意味着轻油比重油具有更高的饱和度和更多的含氧化合物。总体上,轻油比重油含有更多的酮类化合物和更少的酚类化合物。经加氢改质后,轻油改质油产率(82.1-89.7 wt.%)远高于重油的值(61.2-69.4 wt.%),且压强越大,轻油改质油产率越高。这可归因于低沸点的组分更容易转化。轻重油改质后其C、H含量均显著增加,O含量显著下降,其烷烃、芳香烃含量明显提升,而含氧化合物尤其是酮类化合物几乎检测不到。生物油加入正己烷后其改质油产率略有增加,而其重油添加正己烷后改质油产率略有下降,元素和分子组成并未有明显变化。这说明正己烷对重油改质油产率和品质的提升并未起到促进作用,这可归因于重油中较高的大分子组分和沥青质含量。图11幅,表12个,参考文献103篇。