【摘 要】
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随着世界人口的增长和经济社会的不断发展,人们的消费、出行和娱乐等需求不断增长,导致全球范围内能源消耗量不断增加,环境污染和能源枯竭是当今人类社会面临的两大难题。微藻作为一种低碳、绿色的第三代生物质,其研究和开发得到了越来越多的关注。稻壳作为重要的农林废弃物,其在全球的产量十分巨大,其开发利用也日益受到了重视。为达到更高效的资源利用率和获得更高品质的产物,单独热解研究正朝着混合热解和催化热解发展。本
【基金项目】
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国家重点研发项目(2018YFC1901200)
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随着世界人口的增长和经济社会的不断发展,人们的消费、出行和娱乐等需求不断增长,导致全球范围内能源消耗量不断增加,环境污染和能源枯竭是当今人类社会面临的两大难题。微藻作为一种低碳、绿色的第三代生物质,其研究和开发得到了越来越多的关注。稻壳作为重要的农林废弃物,其在全球的产量十分巨大,其开发利用也日益受到了重视。为达到更高效的资源利用率和获得更高品质的产物,单独热解研究正朝着混合热解和催化热解发展。本文综合国内外对微藻和稻壳的资源利用的现状,着重于微藻和稻壳共同热解和催化热解的制取液体燃料开展实验研究,分析微藻和稻壳热解过程反应特性和产物析出规律,以期为其资源综合化开发提供思路和参考依据。论文研究内容具体如下:(1)利用热重分析仪(TGA)研究了微藻、稻壳及其混合物的热解特性,分析反应过程中可能存在的协同作用。微藻和稻壳的热解失重过程均可分为干燥脱水段、热解脱挥发分段和炭化段,热解过程存在一个失重主峰。随着掺混的稻壳质量分数从30%增加到70%,混合样品的TG曲线向右侧的高温区间移动,初始温度从271.9℃增加到282.8℃,残余质量分数从28.62%增加到32.87%。当温度为100℃至310℃左右时,混合物DTG偏差值△W为正值,表明微藻和稻壳在较低温度区间存在相互抑制作用。在高温下,△W为负值,微藻与稻壳之间显示出相互促进作用。(2)通过热裂解-气相色谱/质谱仪(Py-GC/MS)实验研究了微藻、稻壳及其混合样品的热解产物分布和相对含量。对于微藻和稻壳的混合催化热解,CaO的加入使脂肪烃的产量增加,而芳香烃的相对含量下降,ZSM-5催化剂也表现出相似的效果。两种催化剂都减少了混合热解产物中酸类的相对含量。(3)采用等转换率FWO和KAS法建立了微藻和稻壳的混合催化热解动力学模型。随着微藻混合比例的增加,混合物的平均活化能呈现增加的趋势。当微藻与稻壳比例为3:7时,平均活化能为混合样品中最低值,分别为205.63k J/mol(FWO)和206.58k J/mol(KAS)。ZSM-5和CaO的添加均使混合热解活化能降低。综上所述,混合催化热解资源化、综合利用了微藻与稻壳,提高了烃类产物的相对含量,提升了热解油的能源价值,使之具备规模化商业应用的可能,有较好的应用前景。
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