生物質真空熱解產物在線催化提質的試驗研究.pdf

1、生物質能源本質上是綠色植物通過光合作用轉化和固定下來的太陽能。生物油是生物質受熱裂解，產生的揮發(fā)分經(jīng)快速冷凝后獲得的液相產物。然而，通過熱解生物質獲得的生物油有較多的缺陷:含水率較高(30％～50％)、腐蝕性較強(pH值介于2～5之間)、熱值較低(15～19MJ/kg)、氧元素含量較高（45％以上）和化學穩(wěn)定性較差。
　　目前，對生物質熱解蒸氣進行催化裂解是生物油提質的主要方法之一。在線催化提質可以改善生物油的理化特性，改變熱解產

2、物分布，有效降低能耗和催化劑結焦率，提高催化效率。本文選取了我國較為常見的農林廢棄物——油菜秸稈作為生物質原料，在固定床反應器上對油菜秸稈真空熱解產生的熱解蒸氣進行催化提質研究。主要研究內容為:
　　(1)生物質是指利用大氣、水、土地等通過光合作用而產生的各種有機體，而生物質的種類繁多，其成分構成也較為復雜。本文篩選了較為常見的五種生物質，包括油菜秸稈、水稻稻草、水稻稻殼、松木和松葉等，對它們進行了元素測定和工業(yè)分析。選擇了油菜秸

3、稈作為生物質熱解試驗及生物質在線催化熱解試驗的原料。
　　(2)影響生物質熱化學轉化過程的最主要的因素是加熱的升溫速率、反應終溫和氣相滯留時間。較低的溫度和較低的加熱速率會導致物料較易炭化，使固體生物質炭的產率增加。熱解終溫和終溫保留時間不變時，隨著升溫速率的提高(5℃/min～35℃/min)，液相產物會呈現(xiàn)先增加后保持不變的趨勢;當終溫保留時間和升溫速率不變時，隨著熱解溫度的升高(400℃～600℃)，液相產物產率在500℃時

4、達到峰值;終溫保留時間對各相產率的影響較小，各相產率在終溫保留時間5min至50min范圍內沒有較大的變化。生物質的熱裂解反應在熱解溫度達到500℃時基本完成。
　　(3)升溫速率為20℃/min，熱解終溫為500℃，終溫保留時間為20min時，熱解油菜秸稈獲得的生物油產率較高。使用了氣質聯(lián)用分析儀(GC-MS)對該試驗條件下制備的生物油進行成分分析。生物油中含有較多的酚類，包括2-甲氧基苯酚、2，6-二甲氧基苯酚等。但是，生物油

5、中也含有較多的醛、酮和酸類物質，這三類物質化學反應活性較高、化學穩(wěn)定性較差，阻礙了生物油的應用和推廣。
　　(4)使用HZSM-5分子篩催化劑對較優(yōu)工藝參數(shù)下產生的油菜秸稈熱解氣進行在線催化提質。催化劑質量對精制油的催化效果不同。催化劑質量較少時，催化活性中心數(shù)量有限，催化提質不完全;催化劑質量過量時，二次催化裂解反應加劇，使可冷凝揮發(fā)分含量減少，精制油產率降低。在催化溫度為500℃時，精制油的高位熱值較高，氧元素含量的較低。催化

6、溫度較低時，無法將反應分子從常態(tài)轉化為活性狀態(tài)，導致催化劑結焦明顯，催化效果較差;催化溫度較高時，催化劑發(fā)生燒結和熱失活，催化性能減弱。HZSM-5分子篩的硅鋁比對催化產物分布具有較大的影響。當硅鋁比為50時，精制油具有較高的高位熱值與較低的氧元素含量，催化提質效果較好。原料質量150g，催化劑質量為60g，催化溫度為500℃，HZSM-5分子篩硅鋁比為50時，精制油中的醛、羧酸和酮類物質的松葉大幅降低，具有高化學附加值的酚類和烴類物質