生物质选择性热解液化的研究
发布时间：2020-12-11 15:09
生物质快速热解液化是一种高效的生物质转化利用技术,获得了广泛的关注,但目前还没有实现产业化应用：此外生物质热解液化技术的推广应用还面临着一大难题：常规生物油没有成熟的应用市场,作为液体燃料使用时,品质较差,作为化工原料使用时,分离提取困难。基于此背景,本文的研究内容包括以下两个方面：1.生物质选择性热解液化制备高品位液体燃料以及高附加值化学品的初步研究通过Py-GC/MS实验,研究了生物质的快速热解反应途径和机理。纤维素快速热解的反应途径主要包括：解聚形成左旋葡聚糖和脱水低聚糖等产物、解聚并脱水形成多种脱水糖衍生物、吡喃环开环而后缩醛形成呋喃类产物、吡喃环开裂形成小分子物质；木聚糖和纤维素具有较为相似的热解机理,但具体的热解反应途径则有很大的差别；生物质快速热解的产物分布受其化学组成以及灰分催化的影响。以生物质常规热解产物在线催化裂解获得高品位液体燃料为目标,通过Py-GC/MS实验考察了多种催化剂的催化效果,成功筛选出了Pd／Ce02-TiO2（金红石型）催化剂。该催化剂能够促进木质素热解低聚物的二次裂解而形成挥发性酚类产物,同时降低醛类和糖类产物,增加酮类和环戊酮类产物,但却略微增...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：253 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 生物质热解液化技术以及生物油的综述
1.1 生物质能
1.2 生物质热解液化技术
1.3 生物质热解液化反应器
1.3.1 流化床式热解反应器
1.3.2 非流化床式热解反应器
1.4 生物质热解液化的技术要求
1.4.1 原料预处理
1.4.2 进料
1.4.3 热解气固产物分离
1.4.4 热解气冷凝与生物油收集
1.4.5 自热式生物质热解液化
1.5 生物油的化学组成与理化特性
1.5.1 生物油的化学组成
1.5.2 生物油的理化特性
1.6 生物油的精制
1.6.1 物理精制方法
1.6.2 化学精制方法
1.7 生物油的应用
1.7.1 生物油的化工应用
1.7.2 生物油的燃烧应用
1.8 本文研究内容
参考文献
第2章 生物质热解反应途径和机理的研究
2.1 引言
2.1.1 生物质的化学组成
2.1.2 纤维素热解机理综述
2.1.3 半纤维素热解机理综述
2.1.4 木质素热解机理综述
2.1.5 本章研究内容
2.2 实验部分
2.2.1 实验原料
2.2.2 Py-GC/MS实验
2.3 纤维素热解反应途径和机理的研究
2.3.1 微晶纤维素快速热解的产物分布
2.3.2 热解时间和温度对微晶纤维素主要热解产物的影响
2.3.3 不同纤维素热解产物分布的差别
2.3.4 左旋葡聚糖的二次裂解特性
2.3.5 纤维素快速热解机理的分析
2.4 木聚糖热解反应途径和机理的研究
2.4.1 桦木木聚糖快速热解的产物分布
2.4.2 不同木聚糖热解产物分布的差别
2.4.3 木聚糖快速热解机理的初步探讨
2.5 不同来源的木质素快速热解的产物分布
2.6 生物质的热解
2.6.1 不同生物质原料快速热解的产物分布差别
2.6.2 热解温度和时间对杨木快速热解产物分布的影响
2.7 小结
参考文献
第3章 传统催化剂在线催化裂解生物质热解产物的研究
3.1 引言
3.2 催化剂
3.3 实验原料及Py-GC/MS实验
3.4 各催化剂的催化裂解效果
3.4.1 HZSM-5、HY和M/HZSM-5的催化效果
3.4.2 纳米金属氧化物的催化效果
2和ZrO2/TiO2及其改性催化剂的催化效果"> 3.4.3 纳米TiO2和ZrO2/TiO2及其改性催化剂的催化效果
3.4.4 其他催化剂的催化效果
3.5 小结
参考文献
第4章 SBA-15介孔分子筛在线催化裂解生物质热解产物的研究
4.1 引言
4.2 SBA-15的合成、改性与表征
4.2.1 SBA-15的合成
4.2.2 SBA-15的改性
4.2.3 SBA-15的表征
4.3 实验原料及Py-GC/MS实验
4.4 催化剂的表征结果
4.4.1 SBA-15和Al/SBA-15的表征结果
4.4.2 Pd/SBA-15的表征结果
4.5 各催化剂的催化裂解效果
4.5.1 SBA-15和Al/SBA-15的催化效果
4.5.2 M/SBA-15的催化效果
4.5.3 Pd/SBA-15的催化效果
4.5.4 SBA-15其他改性催化剂的催化效果
4.6 小结
参考文献
第5章 氯化锌催化热解生物质联产制备糠醛和活性炭
5.1 引言
5.2 实验部分
5.2.1 实验原料及浸渍氯化锌预处理
5.2.2 Py-GC/MS实验
5.2.3 小型热解装置实验
5.3 氯化锌催化热解生物质形成糠醛的研究
5.3.1 浸渍氯化锌的生物质原料快速热解的产物分布
5.3.2 浸渍氯化锌的纤维素和木聚糖快速热解的产物分布
5.3.3 两种氯化锌催化方式的比较
5.3.4 一次热解产物在氯化锌作用下的二次裂解特性
5.3.5 糠醛形成机理的探讨和总结
5.4 氯化锌催化热解生物质制备糠醛和活性炭的定量实验
5.4.1 温度以及氯化锌负载量对玉米芯催化热解产物分布的影响
5.4.2 三种催化方式制备糠醛的比较
5.4.3 不同生物质原料热解制备糠醛的比较
5.4.4 活性炭的制备和表征
5.5 小结
参考文献
第6章 生物质选择性热解制备其他化学品的初步研究
6.1 引言
6.2 固体超强酸催化热解纤维素/生物质制备左旋葡萄糖酮
6.2.1 左旋葡萄糖酮
6.2.2 固体超强酸的制备
6.2.3 实验原料及Py-GC/MS实验
6.2.4 固体超强酸催化热解纤维素制备左旋葡萄糖酮
6.2.5 固体超强酸催化热解生物质制备左旋葡萄糖酮
6.3 碱或碱土金属盐催化热解纤维素制备羟基乙醛和羟基丙酮
6.3.1 羟基乙醛和羟基丙酮
6.3.2 实验部分
6.3.3 碱和碱土金属的催化对纤维素热解产物的影响
6.4 固体超强酸催化裂解纤维素热解气制备呋喃和5-甲基糠醛
6.4.1 呋喃和5-甲基糠醛
6.4.2 实验部分
6.4.3 固体超强酸的催化裂解对热解产物的影响
6.5 其他高附加值化学品的制备
6.5.1 玉米秸秆低温快速热解制备5-羟甲基糠醛
6.5.2 左旋葡聚糖的制备
6.5.3 乙酸的制备
6.5.4 其他物质
6.6 小结
参考文献
第7章 自热式生物质热解液化装置的研制
7.1 引言
7.2 生物质冷态流化特性的研究
7.2.1 试验部分
7.2.2 生物质的流化特性
7.3 生物质热解液化小试装置的研制
7.3.1 小试装置的设计
7.3.2 热解液化试验
7.3.3 小试装置的热源改造
7.4 自热式生物质热解液化中试装置的研制
7.4.1 装置结构
7.4.2 热解液化试验
7.5 生物质热解液化技术的经济性分析
7.5.1 生物质热解液化装置规模以及生物油生产成本
7.5.2 生物质热解液化产业化应用的经济性分析
7.5.3 前景展望
7.6 小结
参考文献
第8章 生物油的性质分析与应用研究
8.1 引言
8.2 稻壳生物油的组成与性质分析
8.2.1 实验部分
8.2.2 生物油的元素组成与化学组成
8.2.3 生物油的基本理化特性
8.2.4 生物油及其添加甲醇后的安定性分析
8.3 生物油及其与柴油乳化油的腐蚀性分析
8.3.1 实验部分
8.3.2 腐蚀性分析
8.4 生物油基油品的润滑性分析
8.4.1 实验部分
8.4.2 四球机测试生物油润滑性能的可行性分析
8.4.3 不同生物油试样及其添加助剂后的润滑性分析
8.4.4 生物油及其与柴油乳化油的润滑性分析
8.5 利用生物油制备缓释氮肥
8.5.1 生物油和氨基物质制备缓释氮肥的可行性分析
8.5.2 实验部分
8.5.3 缓释氮肥的特点
8.6 生物油的燃烧应用
8.6.1 实验部分
8.6.2 生物油的热重特性
8.6.3 生物油雾化燃烧特性
8.6.4 生物油窑炉燃烧试验
8.6.5 燃烧污染物排放特性
8.7 小结
参考文献
总结与展望
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]生物质主要组分低温热解研究[J]. 吴逸民,赵增立,李海滨,何方. 燃料化学学报. 2009(04)
[2]复配乳化剂乳化生物油/柴油技术[J]. 张健,李文志,陆强,朱锡锋. 农业机械学报. 2009(02)
[3]流化床生物质快速热裂解试验及生物油分析[J]. 柳善建,易维明,柏雪源,王丽红,殷哲,吴娟. 农业工程学报. 2009(01)
[4]从稻草中分离乙二醇木质素的研究[J]. 罗渊,李云雁,甘济勇. 湖北农业科学. 2009(01)
[5]无机矿物质盐对生物质热解特性的影响[J]. 王贤华,陈汉平,王静,辛芬,杨海平. 燃料化学学报. 2008(06)
[6]Corrosion properties of bio-oil and its emulsions with diesel[J]. LU Qiang, ZHANG Jian & ZHU XiFeng Key Laboratory for Biomass Clean Energy of Anhui Province, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, China. Chinese Science Bulletin. 2008(23)
[7]5-羟甲基糠醛制备及应用的研究进展[J]. 王军,张春鹏,欧阳平凯. 化工进展. 2008(05)
[8]生物质裂解机理和模型(Ⅰ)——生物质裂解机理和工艺模式[J]. 许洁,颜涌捷,李文志,王君,陈明强. 化学与生物工程. 2007(12)
[9]纤维素热解过程中活性纤维素的生成研究[J]. 刘倩,王琦,王健,王树荣,骆仲泱,岑可法. 工程热物理学报. 2007(05)
[10]生物热解油精制改性研究进展[J]. 徐俊明,蒋剑春,卢言菊. 现代化工. 2007(07)
本文编号：2910751
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：253 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 生物质热解液化技术以及生物油的综述
1.1 生物质能
1.2 生物质热解液化技术
1.3 生物质热解液化反应器
1.3.1 流化床式热解反应器
1.3.2 非流化床式热解反应器
1.4 生物质热解液化的技术要求
1.4.1 原料预处理
1.4.2 进料
1.4.3 热解气固产物分离
1.4.4 热解气冷凝与生物油收集
1.4.5 自热式生物质热解液化
1.5 生物油的化学组成与理化特性
1.5.1 生物油的化学组成
1.5.2 生物油的理化特性
1.6 生物油的精制
1.6.1 物理精制方法
1.6.2 化学精制方法
1.7 生物油的应用
1.7.1 生物油的化工应用
1.7.2 生物油的燃烧应用
1.8 本文研究内容
参考文献
第2章 生物质热解反应途径和机理的研究
2.1 引言
2.1.1 生物质的化学组成
2.1.2 纤维素热解机理综述
2.1.3 半纤维素热解机理综述
2.1.4 木质素热解机理综述
2.1.5 本章研究内容
2.2 实验部分
2.2.1 实验原料
2.2.2 Py-GC/MS实验
2.3 纤维素热解反应途径和机理的研究
2.3.1 微晶纤维素快速热解的产物分布
2.3.2 热解时间和温度对微晶纤维素主要热解产物的影响
2.3.3 不同纤维素热解产物分布的差别
2.3.4 左旋葡聚糖的二次裂解特性
2.3.5 纤维素快速热解机理的分析
2.4 木聚糖热解反应途径和机理的研究
2.4.1 桦木木聚糖快速热解的产物分布
2.4.2 不同木聚糖热解产物分布的差别
2.4.3 木聚糖快速热解机理的初步探讨
2.5 不同来源的木质素快速热解的产物分布
2.6 生物质的热解
2.6.1 不同生物质原料快速热解的产物分布差别
2.6.2 热解温度和时间对杨木快速热解产物分布的影响
2.7 小结
参考文献
第3章 传统催化剂在线催化裂解生物质热解产物的研究
3.1 引言
3.2 催化剂
3.3 实验原料及Py-GC/MS实验
3.4 各催化剂的催化裂解效果
3.4.1 HZSM-5、HY和M/HZSM-5的催化效果
3.4.2 纳米金属氧化物的催化效果
2和ZrO2/TiO2及其改性催化剂的催化效果"> 3.4.3 纳米TiO2和ZrO2/TiO2及其改性催化剂的催化效果
3.4.4 其他催化剂的催化效果
3.5 小结
参考文献
第4章 SBA-15介孔分子筛在线催化裂解生物质热解产物的研究
4.1 引言
4.2 SBA-15的合成、改性与表征
4.2.1 SBA-15的合成
4.2.2 SBA-15的改性
4.2.3 SBA-15的表征
4.3 实验原料及Py-GC/MS实验
4.4 催化剂的表征结果
4.4.1 SBA-15和Al/SBA-15的表征结果
4.4.2 Pd/SBA-15的表征结果
4.5 各催化剂的催化裂解效果
4.5.1 SBA-15和Al/SBA-15的催化效果
4.5.2 M/SBA-15的催化效果
4.5.3 Pd/SBA-15的催化效果
4.5.4 SBA-15其他改性催化剂的催化效果
4.6 小结
参考文献
第5章 氯化锌催化热解生物质联产制备糠醛和活性炭
5.1 引言
5.2 实验部分
5.2.1 实验原料及浸渍氯化锌预处理
5.2.2 Py-GC/MS实验
5.2.3 小型热解装置实验
5.3 氯化锌催化热解生物质形成糠醛的研究
5.3.1 浸渍氯化锌的生物质原料快速热解的产物分布
5.3.2 浸渍氯化锌的纤维素和木聚糖快速热解的产物分布
5.3.3 两种氯化锌催化方式的比较
5.3.4 一次热解产物在氯化锌作用下的二次裂解特性
5.3.5 糠醛形成机理的探讨和总结
5.4 氯化锌催化热解生物质制备糠醛和活性炭的定量实验
5.4.1 温度以及氯化锌负载量对玉米芯催化热解产物分布的影响
5.4.2 三种催化方式制备糠醛的比较
5.4.3 不同生物质原料热解制备糠醛的比较
5.4.4 活性炭的制备和表征
5.5 小结
参考文献
第6章 生物质选择性热解制备其他化学品的初步研究
6.1 引言
6.2 固体超强酸催化热解纤维素/生物质制备左旋葡萄糖酮
6.2.1 左旋葡萄糖酮
6.2.2 固体超强酸的制备
6.2.3 实验原料及Py-GC/MS实验
6.2.4 固体超强酸催化热解纤维素制备左旋葡萄糖酮
6.2.5 固体超强酸催化热解生物质制备左旋葡萄糖酮
6.3 碱或碱土金属盐催化热解纤维素制备羟基乙醛和羟基丙酮
6.3.1 羟基乙醛和羟基丙酮
6.3.2 实验部分
6.3.3 碱和碱土金属的催化对纤维素热解产物的影响
6.4 固体超强酸催化裂解纤维素热解气制备呋喃和5-甲基糠醛
6.4.1 呋喃和5-甲基糠醛
6.4.2 实验部分
6.4.3 固体超强酸的催化裂解对热解产物的影响
6.5 其他高附加值化学品的制备
6.5.1 玉米秸秆低温快速热解制备5-羟甲基糠醛
6.5.2 左旋葡聚糖的制备
6.5.3 乙酸的制备
6.5.4 其他物质
6.6 小结
参考文献
第7章 自热式生物质热解液化装置的研制
7.1 引言
7.2 生物质冷态流化特性的研究
7.2.1 试验部分
7.2.2 生物质的流化特性
7.3 生物质热解液化小试装置的研制
7.3.1 小试装置的设计
7.3.2 热解液化试验
7.3.3 小试装置的热源改造
7.4 自热式生物质热解液化中试装置的研制
7.4.1 装置结构
7.4.2 热解液化试验
7.5 生物质热解液化技术的经济性分析
7.5.1 生物质热解液化装置规模以及生物油生产成本
7.5.2 生物质热解液化产业化应用的经济性分析
7.5.3 前景展望
7.6 小结
参考文献
第8章 生物油的性质分析与应用研究
8.1 引言
8.2 稻壳生物油的组成与性质分析
8.2.1 实验部分
8.2.2 生物油的元素组成与化学组成
8.2.3 生物油的基本理化特性
8.2.4 生物油及其添加甲醇后的安定性分析
8.3 生物油及其与柴油乳化油的腐蚀性分析
8.3.1 实验部分
8.3.2 腐蚀性分析
8.4 生物油基油品的润滑性分析
8.4.1 实验部分
8.4.2 四球机测试生物油润滑性能的可行性分析
8.4.3 不同生物油试样及其添加助剂后的润滑性分析
8.4.4 生物油及其与柴油乳化油的润滑性分析
8.5 利用生物油制备缓释氮肥
8.5.1 生物油和氨基物质制备缓释氮肥的可行性分析
8.5.2 实验部分
8.5.3 缓释氮肥的特点
8.6 生物油的燃烧应用
8.6.1 实验部分
8.6.2 生物油的热重特性
8.6.3 生物油雾化燃烧特性
8.6.4 生物油窑炉燃烧试验
8.6.5 燃烧污染物排放特性
8.7 小结
参考文献
总结与展望
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]生物质主要组分低温热解研究[J]. 吴逸民,赵增立,李海滨,何方. 燃料化学学报. 2009(04)
[2]复配乳化剂乳化生物油/柴油技术[J]. 张健,李文志,陆强,朱锡锋. 农业机械学报. 2009(02)
[3]流化床生物质快速热裂解试验及生物油分析[J]. 柳善建,易维明,柏雪源,王丽红,殷哲,吴娟. 农业工程学报. 2009(01)
[4]从稻草中分离乙二醇木质素的研究[J]. 罗渊,李云雁,甘济勇. 湖北农业科学. 2009(01)
[5]无机矿物质盐对生物质热解特性的影响[J]. 王贤华,陈汉平,王静,辛芬,杨海平. 燃料化学学报. 2008(06)
[6]Corrosion properties of bio-oil and its emulsions with diesel[J]. LU Qiang, ZHANG Jian & ZHU XiFeng Key Laboratory for Biomass Clean Energy of Anhui Province, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, China. Chinese Science Bulletin. 2008(23)
[7]5-羟甲基糠醛制备及应用的研究进展[J]. 王军,张春鹏,欧阳平凯. 化工进展. 2008(05)
[8]生物质裂解机理和模型(Ⅰ)——生物质裂解机理和工艺模式[J]. 许洁,颜涌捷,李文志,王君,陈明强. 化学与生物工程. 2007(12)
[9]纤维素热解过程中活性纤维素的生成研究[J]. 刘倩,王琦,王健,王树荣,骆仲泱,岑可法. 工程热物理学报. 2007(05)
[10]生物热解油精制改性研究进展[J]. 徐俊明,蒋剑春,卢言菊. 现代化工. 2007(07)
本文编号：2910751
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