稻壳在混合溶剂（乙醇—水）中热液化制生物油的研究

【摘要】本研究以稻壳为原料，在不同的液化温度260-340°C范围内，分别利用混合溶剂乙醇-水溶液（v/v,0:10,5:5,10:0）进行液化，考察了不同液化条件(温度、混合溶剂比、固液比及溶剂填充率)对稻壳液化产物分布及产物特性的影响。本次实验通过分析液化转化率、产物产率（生物油、残渣和气相/水），确定了液化的最优化反应条件。并采用一系列物理化学分析方法，对生物油品质及化学组成进行了分析，为进一步设计合理的液化路线，提高生物油产量和品质提供了理论依据。本文研究了稻壳在混合溶剂（乙醇-水）中的热化学液化特点。溶剂和温度是影响生物质液化的主要因素。在较低温度条件下，与单一溶剂水或者乙醇溶剂相比，混合溶剂在液化反应中显现出了协同效应。在反应条件为260°C的乙醇-水（v/v，5：5）混合溶剂作用下，实验所获得的生物油产量最高，为21.15%。在纯水溶剂和混合溶剂作用条件下，生物油的产量随着反应温度从260°C提高到340°C而下降。而当用单一乙醇溶剂作为液化溶剂时，随着反应温度的升高，生物油的产量先增加然后缓慢下降。除此之外，本文也探讨了固液比和溶剂填充率对液化产物的分布的影响。研究结果表明，较高的固液比导致较低的生物油产量，与此同时，提高溶剂填充率可以引起生物油产量的增加。根据气质联用技术对生物油的成分进行分析，结果显示，来自稻壳的生物油的组分主要含有酚类化合物，长链烷烃，糖类，酮类和酯类物质。另外，与单一溶剂水或者乙醇溶剂相比，混合溶剂处理获得的生物油中酚类物质含量最高达到21.22%。元素分析的结果表明，混合溶剂作用获得的生物油的热值与用单一溶剂的乙醇作用获得的生物油热值相近，分别为27.04和27.56MJ/kg。这一结果表明，相较于高成本的乙醇溶剂，乙醇-水的混合溶剂因其更低的成本和较好的液化效果，可以作为取代乙醇的液化溶剂。通过对液化残渣的电镜扫描分析得出结论：在生物质液化过程中，稻壳的结构发生巨大的变化，在形态上扭曲变形，并且液化残渣中存在大量的空隙结构。实验证明，水溶剂比乙醇溶剂更有利于木质纤维素类生物质的液化，而且混合溶剂与水的作用效果相当。中国拥有大量廉价的稻壳资源，由于绝大多数稻谷加工已实现工厂化，使稻壳资源具备便于集中收集利用的优势，因此将稻壳资源转化为新能源，代替矿物能源燃烧，可以有效的减少资源浪费、环境污染等问题。
【作者】刘燕；
【导师】袁兴中；
【作者基本信息】湖南大学，环境工程，2013，硕士
【关键词】稻壳；液化；乙醇-水；生物油；

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