微拟球藻脂肪组分的热解特性实验研究

来源 :青岛科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:salih0997
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日新月异的社会发展及化石能源的严重消耗,使得人们逐渐加大了对可再生能源的关注。藻类植物种类繁多且有很大一部分可以作为生产生物质燃料的原料,而热解是一种简单高效的热化学转化技术,通过将藻类原料与热解技术结合可快速获得高品质燃料。然而,目前的研究大多利用直接热解或催化热解藻类全组分获得尽可能多的高品质生物油,而对热解藻种的选择及藻类单组分热解没有深入分析。本文对微拟球藻脂肪热解进行了单独而系统地研究,主要研究内容及结论如下:首先,以酸水解法从微拟球藻中提取的粗脂肪为原料,考察不同热解温度(300°C、400°C、500°C、600°C、700°C)及升温速率(10°C·min-1、20°C·min-1、30°C·min-1)对粗脂肪热解后各相产率及油品性能的影响。随后,结合傅里叶红外光谱(FT-IR)、气相色谱质谱联用(GC-MS)及热重质谱联用(TG-MS)技术,推测粗脂肪热解机理。此外,利用热重技术(TG-DTG)考察粗脂肪的热失重特性并求出相应的动力学参数。结果表明:随着温度的升高,固相产率逐渐降低,气相产率先增加后减小并再次增大,粗脂肪热解后有机相产率及油品热值均先增大后减小,在500°C和600°C分别达到产率最大值(43.96%)及热值最大值(41.358 kJ·g-1)。升温速率对油品性能的影响不如温度影响明显,油品性能在20°C·min-1时最佳。另外,随着温度的增加,乙烯分压随粗脂肪失重有规律地变化,油品中大于十五个碳原子的烃类含量不断增加,推测脂肪成烃过程中发生自由基反应。通过对粗脂肪热重数据的处理分析,得出粗脂肪热解满足二级化学反应机理,其活化能与指前因子分别为64.34 kJ·mol-1与2.94×105 min-1。其次,对比考察了全组分在相同工况条件下的热解特性及热解动力学。结果表明,全组分有机相产率及油品热值随温度的变化趋势与粗脂肪相似,全组分有机相产率及性能在600°C,20°C·min-1最优。另外,在300°C、400°C、500°C、600°C,粗脂肪热解后的有机相产率及油品性能明显高于全组分热解后油品产率及性能,说明在合适的温度范围内,脂肪在微藻热解制油品中具有提高油品产率及改善油品性能的作用。对比全组分热解,粗脂肪热解后的油品脱氧率及H、C元素比例更高,因而提高藻类中脂肪含量能够促进油品性能的进一步提高。通过对全组分热重数据的处理分析,得出全组分热解满足二级化学反应机理,其活化能(48.13 kJ·mol-1)小于脂肪活化能,指前因子(2.96×103 min-1)大于脂肪指前因子。最后,在升温速率20°C·min-1,热解温度600°C下考察CaO对粗脂肪及全组分热解脱氧的影响,并结合GC-MS对油品的成分进行分析。结果表明,CaO均降低了粗脂肪及全组分有机相产率,但同时大幅提高了油品的性能。对于脂肪而言,CaO可将热解气先行固定并热解,产物中烃类及酮类含量急剧增加。而相同条件下,全组分热解后同样存在有大量类似的烃类及酮类物质,并且除含氮物质外,其余成分的百分含量近似相同,因而认为CaO在全组分的热解脱氧过程中主要影响了脂肪的热解脱氧。
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