探索生物质热解及液体产物提质研究

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1、AdissertationsubmittedtoZhengzhouUniversityforthedegreeofDoctorj89173StudyonBiomassPyrolysisandUpgradingofLiquidProductsByChangsenZhang—Supervisor：Prof．XinliWeiChemicalEngineeringSchoolofChemicalEngineeringandEnergyApril2010一7原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所

2、取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。学位论文作者：日期：年月日学位论文使用授权声明本人在导师指导下完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属郑州大学。根据郑州大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权郑州大学可以将本学位论文的全部或部分编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或者其他复制手段保

3、存论文和汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学位论文或与该学位论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为郑州大学。保密论文在解密后应遵守此规定。学位论文作者：日期：年月日摘要由于化石能源的不断减少，以及全球气候变化越来越引起人们的关注，人们把目光投向了可再生能源的开发和利用。生物质作为可再生能源资源，不仅清洁，而且二氧化碳零排放。生物质热解包括快速热解和慢速热解，被认为是生物质利用技术中最有希望和潜力的技术之一。但生物质热解液体产物的应用成为制约生物质热解商业化发展的主要瓶颈。本文针对生物质快速热解及生物质快速热解和

4、慢速热解的液体产物提质进行了较为系统的研究。生物质热解是复杂的热化学反应过程，对热解过程的模拟研究越来越多，但主要是用数学分析的方法。本文以数字矩阵作为元胞自动机的表现形式，以演化概率函数模拟反应速率系数，用元胞自动机模拟了生物质颗粒的慢速热解过程，并与微积分的方法作了对比。元胞自动机能够逼真地模拟该过程，得到热解曲线与微积分方法得到的结论一致，且和实验结果吻合；所提出的元胞自动机及其演化程序为类似的研究提供了理论基础。分别以花生壳、松木木屑作为农业废弃物和林业废弃物的代表原料，在自行设计加工的3kg／h流化床快速热解装置上

5、进行了快速热解实验。对热解反应进行了物料衡算和能耗计算，考察了热解装置的运行稳定性；通过改变热解条件温度、停留时间对热解产物分布的影响，花生壳和木屑生物质油产率的最大值分别为54．7％和70％。考察了冷凝器压力和生物质油收集方式对油产率的影响，结果表明在冷凝压力处于微正压时生物质油能够得到较好的冷凝；在串联分级冷凝器后增加电捕焦油器可以有效的捕集未能完全冷凝的生物质油，使油的产率增加30．50％，并且净化了热解燃气。对分级冷凝和电捕焦油器联合收集所得生物质油进行了统计评价，该方式能够较好的对生物质油中的化学组分进行富集和分离

6、。运用GC．MS和GPC对生物质油进了化学组分分析和分子量分布研究，并对实验所得生物质油进行了物理属性表征。根据生物质油的特性，选择生物质油的水溶性部分作为原料进行了催化制氢实验研究。首先选择甲醇和乙酸作为生物质油的模型化合物，选用镁橄榄石负载助剂铈、镁的镍基催化剂进行了催化重整制氢研究，通过调节助剂的负载量以及温度、水碳比等试验条件，筛选出催化活性、稳定性、寿命都较高的催化摘要剂：6％Ni．3％Ce．1％Mg／olivine。并用其进行了生物质油的重整实验，结果表明该催化剂比商业催化剂ICl46．1在生物质油重整制氢上活性

7、更高。通过模型化合物和真实生物质油的催化重整发现，生物质油组成复杂，重整机理有待进一步研究，催化剂的组成和结构仍需改进和改善。生物质经过慢速热解以生产炭为主，液体产物木醋液和木焦油大多利用率不高。本文用分子蒸馏技术对木醋液进行了精制提纯研究，并且有效地去除了木醋液中的有毒物质：吡啶及其衍生物。木醋液经过加工可以用作食品添加剂、药物、防腐剂等，酚类作为重要的质量指标，必须确定其含量的大小。本文采用4．氨基安替吡啉分光光度法测定了木醋液中的酚类含量，探讨了该方法的可行性、准确性，为木醋液中酚类物质的测定提供了较为准确、简便的方法

8、。运用减压蒸馏的方法，使木焦油得到较好的分离和精制，精制产物的分析为木焦油的进一步利用提供了参考。关键词：生物质，热解，生物质油，木醋液，木焦油，分子蒸馏，制氢ⅡAbstractDiminishingpetroleumreservesandgrowingconcernsaboute丑oba