生物油分级富集及稳定性研究

摘要

生物质能源是一种开发潜力巨大的可再生清洁能源，通过生物质热解技术可以将生物质转化为三态产物：可燃气、生物油、生物炭。其中，生物油可用于能源与化工等行业，有着较好的经济利用价值。因此，提高生物油的品质具有重要意义。本文通过分级冷凝对生物油不同组分进行富集，并借助老化实验对生物油的老化行为进行研究，最后利用添加剂对冷凝得到的分级油进行提质。
　　实验选用稻壳作为原料进行热解，热解气采用分级冷凝进行处理和富集，分级冷凝设置四级冷凝段，冷凝温度分别控制在100～150℃、50～90℃、0℃以及-20℃，并对不同冷凝段收集到的油进行产率、pH值、含水率以及元素分析等测试，从而确定水分、酸类等物质在分级冷凝过程中的富集规律，实验还通过对第一级与第二级冷凝温度的调整探索了冷凝温度变化对生物油组分富集的影响。实验发现：二三级产油率较高，水分与酸类较多，而第一级冷凝段产率较低并富集了较多重质组分，因此，第一级冷凝油有着相对较高的热值与碳含量，更适合于被用作燃料，而第二级与第三级冷凝油热值低、含水多，适合用作其他用途，例如重整制氢等。
　　生物油稳定性差，不利于储存和运输，为此，本文对70～120℃分级油与未分级得到的单级油分别进行老化实验，老化实验中对两种油的粘度、pH值、含水率等物化特性进行测试，最后还通过对老化前后的两种油进行GC-MS测试以分析生物油组分在老化过程中的变化，并基于生物油的组分变化对其老化机理进行研究与探索。最终推断生物油在老化过程中主要发生了酯化反应、水合反应、缩醛缩酮反应以及聚合反应。此外，实验还发现分级油稳定性更好，老化程度相对较弱。
　　为了进一步改善生物油的pH值以及稳定性，本文选用乙醇与乙酸乙酯作为添加剂对生物油进行改性，结果表明：乙醇通过消耗参与老化反应的酮、醛等物质的消耗以及对酸性环境的改善抑制了老化反应的进行。而乙酸乙酯则通过稀释和溶解作用同样实现了提升生物油稳定性的目标。此外，实验还证明复合添加剂改性效果更佳。

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1 绪论

1.1 引言

1.2 生物质能源

1.3 生物质热解液化技术及生物油的性质

1.4 生物油改性提质技术

1.5 本文研究内容和意义

2 生物油的分级冷凝

2.1 引言

2.2 实验设备及方法

2.3 实验结果及分析

2.4 本章小结

3 生物油的老化行为与机理研究

3.1 引言

3.2 生物油的老化实验与GC-MS测试

3.3 结果与分析

3.4 本章小结

4 添加剂对生物油稳定性影响研究

4.1 引言

4.2 研究内容与实验方法

4.3 乙醇与乙酸乙酯对生物油稳定性的影响

4.4 复合添加剂对生物油稳定性的影响

4.5 本章小结

5 全文总结与展望

5.1 全文总结

5.2 本文的主要特色与创新

5.3 展望

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士期间发表的文章

附录2 攻读硕士期间参与的项目