复合分子筛催化热解生物质制生物油的研究

论文摘要

近年来,生物质能的开发与利用受到人们的广泛关注,生物质快速热解制生物油作为转化技术之一,为解决液体燃料短缺问题提供了可选择的途径。本文以微-介孔分子筛为催化剂,开展了生物质催化热解的相关研究。以ZSM-5为母体,采用分子筛硅铝源法合成了同时具有微孔和介孔孔道结构的不同Si/Al比的ZSM-5/Al-MCM-41催化剂,以及掺杂Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、Zr、Pd、La、Ce金属元素改性的ZSM-5/ Me-Al-MCM-41催化剂,并采用XRD、N2吸附脱附、FT-IR、NH3-TPD等方法对其进行了表征。结果表明:合成的催化剂同时具有MCM-41的六方孔道结构以及ZSM-5的MFI型孔道结构。在自行设计加工的反应器中进行了生物质热解实验。考察了热解温度、真空度对纤维素热解过程的影响。结果表明:在温度为450℃、真空度为0.02MPa时,液体产物的得率达到最高,为55.3%。添加不同类型、不同Si/Al比以及不同金属改性的催化剂对纤维素进行催化热解实验研究,并对其产物进行了分析。采用GC-MS对生成的液体产物成分进行分析后发现,其中含有烷烃类、酮类、醇类、醚类、酯类、呋喃类以及芳香类化合物,含氧量较高。采用GC对金属改性催化剂催化热解纤维素气体产物进行了分析,发现气体中主要包含CO2、CO、CH4、H2。改变催化剂的添加量发现,液体产物得率随着催化剂添加量的增加呈先增大后减小趋势。采用外标法对生物油中的愈创木酚、苯甲醚、糠醛进行了定量分析,并对生物油物性参数进行了测定。对水稻秸秆、油菜秸秆、稻壳、杉木屑、桦木屑、红木屑六种生物质分别进行了主要成分的化学定量分析以及工业分析,并对其进行了热解研究,以及生物油成分分析。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究目的与意义
• 1.3 主要研究内容
• 第二章 文献综述
• 2.1 生物质能概述
• 2.1.1 生物质的含义
• 2.1.2 生物质能的特点与意义
• 2.1.3 生物质能转换和利用技术
• 2.2 生物油的性质
• 2.2.1 含水量和含氧量
• 2.2.2 pH 值
• 2.2.3 黏度
• 2.2.4 热值
• 2.2.5 灰分
• 2.2.6 稳定性
• 2.2.7 生物油的组成
• 2.3 生物质热解技术
• 2.3.1 热解反应分类
• 2.3.2 热解反应机理
• 2.3.3 热解反应器类型
• 2.3.4 热裂解影响因素
• 第三章 实验部分
• 3.1 催化剂的制备与表征
• 3.1.1 主要仪器设备及试剂
• 3.1.2 催化剂的制备方法
• 3.1.3 催化剂的表征
• 3.2 催化热解实验
• 3.2.1 主要仪器及试剂
• 3.2.2 原料的预处理
• 3.2.3 液体产物分析预处理
• 3.2.4 热解装置与操作步骤
• 3.2.5 测试分析方法
• 第四章 催化剂的制备及表征
• 4.1 不同投料顺序制备催化剂的表征结果
• 4.2 不同类型催化剂的表征结果
• 4.3 不同Si/Al 催化剂的表征结果
• 4.4 金属改性分子筛的表征结果
• 4.5 本章小结
• 第五章 复合分子筛对生物质热解的影响
• 5.1 工艺条件对生物质热解的影响
• 5.1.1 温度对热解产物的影响
• 5.1.2 真空度对热解产物的影响
• 5.2 催化剂对纤维素热解产物分布的影响
• 5.2.1 不同种类催化剂的影响
• 5.2.2 不同Si/Al 催化剂的影响
• 5.3 催化剂对纤维素热解油组成的影响
• 5.3.1 不同种类催化剂的影响
• 5.3.2 不同Si/Al 比催化剂的影响
• 5.4 纤维素催化热解热重分析
• 5.4.1 不同种类分子筛的影响
• 5.4.2 不同Si/Al 催化剂的影响
• 5.5 本章小结
• 第六章 添加金属改性复合分子筛催化热解生物质研究
• 6.1 不同金属改性复合分子筛对纤维素热解组分的影响
• 6.2 不同金属改性复合分子筛对纤维素热解油成分的影响
• 6.3 不同金属改性复合分子筛对纤维素热解气成分的影响
• 6.4 热重分析
• 6.5 不同催化剂添加量对纤维素热解的影响
• 6.6 催化剂对热解反应温度的影响
• 6.7 定量分析
• 6.8 生物油物性测定
• 6.8.1 运动粘度
• 6.8.2 密度
• 6.8.3 热值
• 6.9 本章小结
• 第七章 不同生物质原料催化热解研究
• 7.1 生物质原料分析
• 7.1.1 主要成分分析
• 7.1.2 工业分析
• 7.2 草本类生物质热解
• 7.2.1 草本类生物质热解产物分布
• 7.2.2 草本类生物质热解油的组成
• 7.3 木质类生物质热解
• 7.3.1 木质类生物质热解产物分布
• 7.3.2 木质类生物质热解油的组成
• 7.4 本章小结
• 第八章 结论
• 8.1 结论
• 8.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录