微藻快速催化裂解抽取生物油

摘要

生物质快速热解液化是一种高效的生物质转化利用途径，目前常采用的原料主要集中于玉米秸秆、稻秆、木材等，其来源制约了生物质能的开发与研究。而海洋微藻以其产量高、适应能力强、不占用耕地等特点，成为国际生物质能研究的热点。本文对小球藻的催化热解制取生物油进行了一系列实验研究。
　　利用热重-红外联用技术研究了小球藻的热解特性。结果表明，小球藻的热解过程主要分为脱水、快速热解及缓慢失重三个阶段，主要的热解温度范围在160-600℃。200℃前，主要进行自由水分的脱出。450℃时，大部分糖类、脂类、蛋白质发生热解反应，其中糖类物质的缩醛键断裂及蛋白质中肽键的断裂，产生了大量的CO、CO2。600℃时，糖类与蛋白质的热解基本结束，还剩余少量的有机组分。720℃时，小球藻热解完全。
　　在管式炉热解装置上，完成了小球藻的直接热解与催化热解实验，考察多种催化剂对小球藻热解过程的影响。直接热解得到的生物油收率低，品质差，且含有较多的酸类化合物及含氮化合物，烃类物质含量少。添加HZSM-5/50分子筛后，生物油的水分含量减小，热值提高。同时，烃类物质增加，酸类化合物明显减少。添加HY分子筛后，生物油收率减小，水分含量增大，热值减小;同时，生物油中萘等多环芳烃以及含氮化合物显著增加。
　　为提高产物收率，改善生物油品质，探究了各热解条件参数对小球藻热解特性的影响。热解温度与催化剂质量分数对产物收率及生物油的品质有重要影响。热解温度越高，生物油的二次裂解反应越严重。而当催化剂量不足时，不能提供足够的酸性位进行催化反应;当催化剂量过高时，又容易过度催化。另外，升温速率、载气流量对小球藻的热解过程也有一定的影响。升温速率越大，热解生成的水相产物越少，生物油的收率越大。综合实验结果，确定出600℃、22.5℃/min、0.2 L/min、20％（质量分数）为最佳的热解操作条件。同时，在此操作条件下，生物油中烃类产物、醇类产物明显增加，酸类产物则明显减少。另外，在小球藻直接热解实验中产生的酮、醛等含氧化合物在HZSM-5/50分子筛的作用下，发生低聚、催化脱氧等化学反应，生物油的组成得到改善。
　　最后，本文研究了M/HZSM-5(M=Fe、Zn、Ni、Mo、Co)对小球藻催化热解过程的影响。Fe、Ni、Mo、Co四种金属组分的存在，均降低了生物油的收率及其热值。金属组分Ni的存在，促进了气相产物的产生，减少了水相产物的生成;而Fe、Zn、Mo、Co四种金属组分，则促进了水相产物的产生。Fe、Zn、Ni三种金属组分有利于烃类物质含量的增加;Mo、Co两种金属组分，不利于含氧化合物的裂解转化，导致酸类物质含量的增加。

目录

摘要

1 文献综述

1．1 课题研究背景

1．2 生物质热解液化技术

1．2．1 生物质原料热解反应机理

1．2．2 生物质热解反应器类型

1．3 生物油的理化特性与化学组成

1．3．1 生物油的化学组成

1．3．2 生物油的理化特性

1．4 生物油的精制

1．5 生物质热解液化技术的研究现状及发展前景

1．6 新型生物质—海洋藻类

1．7 本文的研究内容

2 小球藻的热解特性实验研究

2．1 引言

2．2 材料与方法

2．2．1 实验原料

2．2．2 实验仪器与方法

2．3 结果与讨论

2．3．1 小球藻热解特性分析

2．3．2 小球藻热解产物的红外光谱分析

2．3．3 小球藻热解过程分析

2．4 小结

3 催化剂对小球藻热解实验的影晌

3．1 前言

3．2 材料与方法

3．2．1 实验原料

3．2．2 催化剂

3．2．3 实验仪器与方法

3．2．4 产物分析及数据处理

3．3 结果与讨论

3．3．1 不同催化剂对小球藻直接热解及催化热解产物的影响

3．3．2 不同催化剂对生物油水分含量、热值的影响

3．3．3 不同催化剂对生物油化学组成的影响

3．4 小结

4 小球藻催化热解条件及催化剂改性的研究

4．1 前言

4．2 材料与方法

4．2．1 实验原料

4．2．2 实验仪器与方法

4．2．3 HZSM-5／50分子筛的改性

4．2．4 HZSM-5／50分子筛的表征

4．3 结果与讨论

4．3．1 热解工艺条件的确定

4．3．2 催化剂的改性

4．4 小结

结论

参考文献

致谢

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