CaO催化熱解微擬球藻制取生物油實驗與機理研究.pdf

1、能源不僅是經(jīng)濟增長與世界發(fā)展的根本動力，也是人類生活的物質(zhì)基礎(chǔ)。最近幾年，由于世界經(jīng)濟的快速增長導(dǎo)致了全球能源的短缺，同時化石燃料價格也逐年攀升。除此之外，化石燃料的過量使用還會引起嚴(yán)重的環(huán)境污染。因此，加速新能源的開發(fā)、利用已經(jīng)成為各國有識之士的共識。由于生物質(zhì)不僅可以制備成為運輸燃料、化學(xué)商品、產(chǎn)能發(fā)電，還可以降低溫室氣體排放。因此，生物質(zhì)已成為重要的可再生能源。本文對海洋生物質(zhì)-微擬球藻催化熱解技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，主要研究內(nèi)容及

2、結(jié)論如下:
　　首先，分別以水合化法和熱缺陷法對CaO進(jìn)行表面更新，用N2物理吸附(BET)、X射線衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)和CO2吸附技術(shù)對表面更新后的CaO進(jìn)行了結(jié)構(gòu)表征，并利用制備的CaO在管式爐內(nèi)對微擬球藻進(jìn)行了催化熱解研究。結(jié)果表明:兩種更新方法均能明顯提高CaO的比表面積、介孔數(shù)目及孔體積。CaO的表面更新處理沒有改變基本的晶相結(jié)構(gòu)，仍為立方晶型。兩種更新方法均能顯著提高CaO的催化活性，且改善了產(chǎn)物油品的性

3、能。相比較而言，水合CaO的催化脫氧性能較高，催化熱解得到的生物油產(chǎn)率為28.65％、含氧量為4.67％、熱值高達(dá)38.600kJ·g-1、運動粘度低(8.011mm2·s-1)、含水率低(2.49％)，且催化熱解后的生物油以C12-C17飽和直鏈烷烴為主，適合進(jìn)一步精制為生物柴油。
　　其次，以水合CaO為催化劑，考察了催化劑用量對微擬球藻熱解產(chǎn)物及油品組成的影響，并通過直接再生和強化再生研究了催化劑的再生特性。結(jié)果表明:隨著水

4、合CaO用量逐漸加大，生物油性能明顯改善。在催化劑/藻為1∶3時催化熱解得到的生物油產(chǎn)率為28.5％，具有含氧量低、熱值高、運動粘度低、含水率低等優(yōu)點。與直接熱解油相比，催化熱解油中羧基化合物和羥基化合物含量均有明顯下降，而脂肪烴和芳香烴均顯著增加。催化熱解油在三個溫度段(室溫～400℃，400℃～500℃，500℃～600℃)的油品性能均高于直接熱解油，說明CaO在各個溫度段均有明顯的催化作用。除此之外，水合CaO所催化的熱解油中羧基

5、化合物的含量一直維持在較低水平。第一次和第二次循環(huán)再生實驗中，直接再生催化劑依然具有較高的催化活性。通過在直接再生過程中引入水洗強化步驟，可對再生催化劑表面進(jìn)行更新，并降低其表面的堿金屬含量，明顯改善再生催化劑所催化熱解的油品質(zhì)量，提高再生催化劑活性。
　　另外，在固定化床中研究微擬球藻煅燒灰分對微擬球藻催化熱解過程的影響。結(jié)果表明:少量的灰分的添加會有助于生物質(zhì)中有機物向生物油中大分子物質(zhì)方向轉(zhuǎn)化。當(dāng)添加灰分含量較少時，氣相組分

6、中的H2，CO，CO2以及CH4產(chǎn)率增加。而當(dāng)灰分添加量繼續(xù)增加時，H2, CO，CO2以及CH4產(chǎn)率反而開始下降。在微擬球藻催化熱解過程中添加灰分，生物油運動粘度和含水率上升、熱值下降，油品質(zhì)量降低。除此之外，通過XRD、ICP等技術(shù)對煅燒灰分進(jìn)行表征分析，結(jié)果表明:灰分中具有影響微擬球藻催化熱解過程的活性中心為氯化鉀。
　　最后，還在固定化床中研究了CaO對微擬球藻的直接脫氧作用。通過XRD、FT-IR等手段表征焦炭和反應(yīng)后C