【摘 要】
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生物质是最重要的可再生能源之一,其转化利用途径较多。本文是对前期提出的一种生物质废弃物“热溶富碳”方法的深入研究。热溶富碳方法是在温和的条件下,采用非极性有机溶剂对各类生物质废弃物进行热处理,获得的主要产物有低分子量萃取物Soluble和高分子量萃取物Deposit。Soluble的碳含量和氧含量分别高达81.0-83.3%和低至7.3-11.1%,Deposit的碳含量和氧含量分别为76.5-8
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生物质是最重要的可再生能源之一,其转化利用途径较多。本文是对前期提出的一种生物质废弃物“热溶富碳”方法的深入研究。热溶富碳方法是在温和的条件下,采用非极性有机溶剂对各类生物质废弃物进行热处理,获得的主要产物有低分子量萃取物Soluble和高分子量萃取物Deposit。Soluble的碳含量和氧含量分别高达81.0-83.3%和低至7.3-11.1%,Deposit的碳含量和氧含量分别为76.5-89.5%和1.1-15.4%。两种萃取物在高品质液体燃料制备、高附加值碳纤维制备、炼焦粘结剂等方面有广泛的应用前景。但是原料的关键物性参数对热溶富碳的影响规律还没有深入理解。基于此,本文在前期的研究基础上,对生物质的水分和矿物质对其热溶富碳的影响规律进行了较详细考察,并用Aspen plus设计与优化了工艺流程,为生物质热溶富碳方法的实际应用提供理论依据。主要结果如下:1、生物质中水分对其热溶富碳主要产物Soluble和Deposit的生成有促进作用,如干燥稻杆的Soluble收率为24.34%,湿润稻杆的Soluble收率达到34.57%。促进萃取物生成的转化路径为H2O+RD/Bio—>DP+SL和H2O+RD/Bio—>DP—>SL。水分对草本和木本生物质的促进作用有所不同,这是水分与灰分等因素综合影响结果;萃取产物中Soluble热解特性受原料水分含量影响较小,而对Deposit热解的影响较大,高水含量生物质的Deposit具有最高的热解活性;随着水含量的增加,萃取物芳香度略有增加。总体来说,水分对生物质热溶富碳转化有促进作用,但对萃取物的物理化学特性影响较小。2、生物质中的矿物质对热溶富碳处理有较明显影响。对于麦秆,水洗后脱除了86.3%的K和4.9%的Ca,酸洗后98.1%的K被脱除和90.4%的Ca被脱除。水洗和酸洗脱灰均能促进Soluble收率,特别是水洗提高最大,从16.08%提高到了19.57%,但是抑制了气体产物产生。热溶富碳实验结果显示,Ca促进了Soluble的生成,且显著促进了液体产物的形成;K在一定程度上促进了Soluble的再次热解,从而产生更多气体产物。水洗和酸洗处理不会明显影响生物质本身及其热溶富碳产物的化学结构及特性。3、在理论研究的基础上,用Aspen plus软件进行了生物质热溶富碳技术的工艺流程设计,以实验参数为基准进行了初步的设计,该方案很好的展现了生物质热溶富碳处理工艺过程中的物料和能量变化情况。但模拟的过程忽略了复杂的化学反应,需要实际的实验收率为基础。为了与实际运用更加紧密联系,对热溶富碳的工艺流程设计方案进行优化,精简了Soluble与溶剂的分离模块,考虑以Soluble和溶剂混合物为循环溶剂使用,从而进一步增加了生物质热溶富碳的实际应用可行性。
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