CaO催化熱解微擬球藻制取生物油實(shí)驗(yàn)與機(jī)理研究.pdf

1、能源不僅是經(jīng)濟(jì)增長與世界發(fā)展的根本動(dòng)力，也是人類生活的物質(zhì)基礎(chǔ)。最近幾年，由于世界經(jīng)濟(jì)的快速增長導(dǎo)致了全球能源的短缺，同時(shí)化石燃料價(jià)格也逐年攀升。除此之外，化石燃料的過量使用還會(huì)引起嚴(yán)重的環(huán)境污染。因此，加速新能源的開發(fā)、利用已經(jīng)成為各國有識(shí)之士的共識(shí)。由于生物質(zhì)不僅可以制備成為運(yùn)輸燃料、化學(xué)商品、產(chǎn)能發(fā)電，還可以降低溫室氣體排放。因此，生物質(zhì)已成為重要的可再生能源。本文對(duì)海洋生物質(zhì)-微擬球藻催化熱解技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，主要研究內(nèi)容及

2、結(jié)論如下:
　　首先，分別以水合化法和熱缺陷法對(duì)CaO進(jìn)行表面更新，用N2物理吸附(BET)、X射線衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)和CO2吸附技術(shù)對(duì)表面更新后的CaO進(jìn)行了結(jié)構(gòu)表征，并利用制備的CaO在管式爐內(nèi)對(duì)微擬球藻進(jìn)行了催化熱解研究。結(jié)果表明:兩種更新方法均能明顯提高CaO的比表面積、介孔數(shù)目及孔體積。CaO的表面更新處理沒有改變基本的晶相結(jié)構(gòu)，仍為立方晶型。兩種更新方法均能顯著提高CaO的催化活性，且改善了產(chǎn)物油品的性

3、能。相比較而言，水合CaO的催化脫氧性能較高，催化熱解得到的生物油產(chǎn)率為28.65％、含氧量為4.67％、熱值高達(dá)38.600kJ·g-1、運(yùn)動(dòng)粘度低(8.011mm2·s-1)、含水率低(2.49％)，且催化熱解后的生物油以C12-C17飽和直鏈烷烴為主，適合進(jìn)一步精制為生物柴油。
　　其次，以水合CaO為催化劑，考察了催化劑用量對(duì)微擬球藻熱解產(chǎn)物及油品組成的影響，并通過直接再生和強(qiáng)化再生研究了催化劑的再生特性。結(jié)果表明:隨著水

4、合CaO用量逐漸加大，生物油性能明顯改善。在催化劑/藻為1∶3時(shí)催化熱解得到的生物油產(chǎn)率為28.5％，具有含氧量低、熱值高、運(yùn)動(dòng)粘度低、含水率低等優(yōu)點(diǎn)。與直接熱解油相比，催化熱解油中羧基化合物和羥基化合物含量均有明顯下降，而脂肪烴和芳香烴均顯著增加。催化熱解油在三個(gè)溫度段(室溫～400℃，400℃～500℃，500℃～600℃)的油品性能均高于直接熱解油，說明CaO在各個(gè)溫度段均有明顯的催化作用。除此之外，水合CaO所催化的熱解油中羧基

5、化合物的含量一直維持在較低水平。第一次和第二次循環(huán)再生實(shí)驗(yàn)中，直接再生催化劑依然具有較高的催化活性。通過在直接再生過程中引入水洗強(qiáng)化步驟，可對(duì)再生催化劑表面進(jìn)行更新，并降低其表面的堿金屬含量，明顯改善再生催化劑所催化熱解的油品質(zhì)量，提高再生催化劑活性。
　　另外，在固定化床中研究微擬球藻煅燒灰分對(duì)微擬球藻催化熱解過程的影響。結(jié)果表明:少量的灰分的添加會(huì)有助于生物質(zhì)中有機(jī)物向生物油中大分子物質(zhì)方向轉(zhuǎn)化。當(dāng)添加灰分含量較少時(shí)，氣相組分

6、中的H2，CO，CO2以及CH4產(chǎn)率增加。而當(dāng)灰分添加量繼續(xù)增加時(shí)，H2, CO，CO2以及CH4產(chǎn)率反而開始下降。在微擬球藻催化熱解過程中添加灰分，生物油運(yùn)動(dòng)粘度和含水率上升、熱值下降，油品質(zhì)量降低。除此之外，通過XRD、ICP等技術(shù)對(duì)煅燒灰分進(jìn)行表征分析，結(jié)果表明:灰分中具有影響微擬球藻催化熱解過程的活性中心為氯化鉀。
　　最后，還在固定化床中研究了CaO對(duì)微擬球藻的直接脫氧作用。通過XRD、FT-IR等手段表征焦炭和反應(yīng)后C