MS研究温度和时间对生物质热解的影响.pdf

第 4 1 卷 第 7期 2 0 1 3年 7月 燃料化学学报 J ou r na l o f Fue l Che mis t r y a n d Te c hn olo gy Vo 1 41 NO 7 J u 1 2 01 3 文章编 号 0 2 5 3 2 4 0 9 2 0 1 3 0 7 0 8 4 5 05 利用 P y GC MS研究温度和 时间对 生物质热解 的影响 李凯 郑 燕 龙潭 朱锡锋 中国科学技术大学 安徽省生物质洁净能源重点实验室 安徽 合肥2 3 0 0 2 6 摘要 以稻壳为原料 采用 P y G C MS装置对其在不同热解条件下进行快速热解 并对热解气进行在线检测分析 考察了热 解温度和时间对生物质热解性质的影响 结果表明 低于 4 5 0 o C 随着温度的升高 生物质热解产物种类及其产率均增加 但 低温条件下产物种类较少 有利于产物的分离提纯 高于 4 5 0 o C 生物质热解产物种类基本稳定 仅在产率上有所变化 当 5 5 0 oc时 收率最大 随着热解温度的升高 其对应的最佳热解时间缩短 且生物质低温热解时间延长时热解比高温解热时间 缩短时热解更充分 关键词 温度 时间 P y G C MS 裂解 中图分类号 T K 6 文献标识 码 A S t u d y o n e f f e c t o f t e mpe r a t ur e a n d t im e o n b io m a s s p y r o ly s is b y Py GC M S LI Ka i ZHENG Ya n LONG Ta n ZHU Xi f e n g A n h u i P r o v i n c e K e y L a b o r a t o r y o fB io m a s s C l e a n E n e r g y U n i v e r s i t y o fS c i e n c e a n d T e c h n o l o g y o fC h i n a He f e i 2 3 0 0 2 6 C h i n a Abs t r ac t Th e r ic e h us k f a s t p y r o ly s is wa s s t u di e d b y u s in g py r o lys is g a s c h r o ma t o g r a p h y ma s s s pe c t r o me t r y P y G C Ms a n d t h e p y r o l y s is g a s e s we r e o n l in e a n a ly z e d T h e e f f e c t s o f p y r o ly t ic t e mp e r a t u r e a n d t ime o n the py r o ly s is o f b io ma s s wa s f o c us e d Th e r e s u lt s s ho w tha t the n u mb e r a n d yie ld o f p r o d u c t s pe c ie s in c r e a s e wit h t e mp e r a tur e be lo w 4 5 0 o C Th e le s s s p e c ie s a t lo we r p y r o ly t ic t e mp e r a t ur e is o f be ne fi t t o t h e e n r ic h me n t o f h ig h v a lu e p r od u c t s Ho we v e r the n umb e r o f p r o d u c t s p e c ie s be c o me s c o n s t a n t a nd the y ie ld o n ly c h an g e s wh e n t he t e mp e r a tur e is o v e r 45 0 o C Th e y ie ld r e a c he s t he ma x imu m whe n the t e mp e r a t u r e is 5 5 0 o C As t h e t e mpe r a tur e in c r e a s e s t h e o pt i mum p y r o ly t ic t ime de s c e n ds The py r o l ys is o f b io ma s s wit h a lo ng p y r o ly s is t ime a t l owe r t e mp e r a t u r e is mo r e c o mp le t e l y th a n tha t wi th a s ho t p yr o lys is t i m e a t h ig he r t e mpe r a t u r e Ke y wo r d s t e mp e r a t u r e t ime e y GC MS p y r o ly s is 生物质是唯一一种以物质形态存在的可再生清 洁资源 相对于煤 石油 天然气等传统化石燃料而 言 其开发利用不会给环境带来较大的负担 其 中 生物质快速热解技术是一种 比较高效的生物质转化 利用技术 现 已进人 工业示范 阶段 但是 由于 生物质原料组成较为复杂 纤维素 半纤维素和木质 素三种基本组分 的热解 温度 区间相互叠 加 致 使不同条件下获得的生物油组分复杂 热值低 水分 含量大 这些 因素都 限制 了其作为燃料 和化工原料 等方面的进一步应用 J 因此 探究热解 条件对 生物质热解产物的影响 确定合理的热解方案 实现 对生物油 中高附加值产物的富集 具有重要意义 目前 人们对生物质热解的研究大都是在热解 温度为中温 4 5 0 5 5 0 o C 热解时间较短 1 0 1 X1 0 0 5 O 6 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5 T ime r s 图 4 不同热解时间下七种高价值热解产物绝对峰面积分布 F ig ure 4 Dis t r ib u ti o n o f a b s o lu t e p e ak a r e a s o f p y r o ly s is p r o d u c t s with h ig h v a lu e u n d e r di f f e r e n t p y r o ly ti c ti me s a 4 5 0 oC b 5 5 0 o C g ua ia c o l 口 2 me tho x y 4一 me thy ph e n ol 2 3 di hy d r o be n z of ur a n A 4 hy d r o xy一 3一 me t h ox y s t y r e ne V 2 6 di me tho x y p h e n o l 2 me tho x y 4 一 p r o p e n y 1 p h e n o 1 司 4 al ly l一 2 6 di me tho x y p h e n o l 8 8 8 8 8 0 0 0 O 0 S 4 3 2 1 2 矗 Q 葛 1 0研 D 扫 u I 宣 鲁尝 占 固 H 尝 占 警 ll一 言 叽 g宣一 占一 写 宣 u I 占 s I u I O O O O 驭 捌 矗 高 q ln 一 0 O 0 0 O O O O 瞅 歇 锹 日 0 高 f 0 c 1 0 ln I o D 第 7期 李凯 等 利用 P y G C MS 研究温度和时间对生物质热解的影响 8 4 9 由图 4可知 随着热解 时间的延长 产物产率不 断增加 当热解时间达到某一确定值时 产物产率趋 于平稳 此值 即为该 温度条件下对应 的最佳热解时 间 不同热解温度条件下 其对应 的最佳热解温度 不尽相 同 4 5 0 时 最佳 热解 时 间为 4 0 S 而 在 5 5 0 时则为 2 0 S 可见 随着热解温度 的升 高 最 佳热解时间呈缩短趋势 这是由于高温环境为生物 质热解提供较高的能量 热传导效果较好所致 图4 a 图4 b 中纵坐标相 同 对 比两 图中同 种产物产率 以 2 3 一 二氢苯并 呋喃为例 可以发现 热解 时间较短时 高温条件下 2 3 二氢苯并呋喃产 率较高 而通过延长热解时间 低温条件下 的产率则 超越高温条件下的产率 以4 5 0 o C 4 0 S 和5 5 0 一 2 0 S 为例 这也进一步表 明 确定最佳热解条件时 需要综 合 热 解温 度 和 热解 时间 两个 因素 的共 同 影响 3 结论 热解时间为 2 0 S 当热解温度低于 4 5 0 时 随 着温度 的提高 热解产物种类和产率都相应增加 当 温度高于 4 5 0 时 热解产物种类基本保持稳定 仅 产物产率有所变化 当温度达到 5 5 0 时 高附加值 产物收率最高 低温条件下热解产物种类相对单一 便 于产物 的分离和提纯 因此 可以作为分级热解 的初级热解 阶段 不 同热解温度所对应 的最佳热解时间不 同 最 佳热解时间随着热解温度的升高而呈缩短趋势 在 低温热解条件下 适 当延长热解 时间有助于提高 目 标产物的产率 参 考文 献 1 陆强 生物质选择性热解液化 的研究 D 安徽 中国科学技术大学 2 0 1 0 L u Qi a n g S e l e c t i v e f a s t p y r o ly s is o f b i o ma s s D A n h u i U n i v e r s ity o f S c ie n c e a n d T e c h n o l o g y o f C h in a 2 0 1 0 2 张海荣 庞浩 石锦志 廖兵 生物质化学组分及其液化残渣的热重行为 J 化工进展 2 0 1 1 3 0 1 0 2 1 9 4 2 1 9 9 Z H ANG Ha i r o n g P ANG Ha o S HI J i n z h i L I AO Bi n g T G s t u d y o n ma j o r b i o ma s s c o mp o n e n t s and i t s l iq u e f i e d r e s i d u e s f r o m p y r o l y s i s J C h e mic a l I n d u s tr y and E n g in e e r i n g P r o g r e s s 2 0 1 1 3 0 1 0 2 1 9 4 2 1 9 9 3 吴逸 民 赵增立 李海滨 何 方 生物质主要组分低温热解研究 J 燃料 化学学报 2 0 0 9 3 7 4 4 2 7 43 2 wu Yi mi n Z H AOZ e n g l i L I Hal b i n HEF ang L o wt e mp e r a t u r e p y r o l y s i s c h a r a c t e ris tic o f ma j o r c o mp o n e n t s o f b i o ma s s J J o u r n al o f F u e l C h e mi s t r y and T e c h n o lo g y 2 0 0 9 3 7 4 4 2 7 43 2 4 C H I AR AMO NT I D O AS MAA A s 0 L A us TA Y P o we r g e n e r a tio n u s i n g f a s t p y r o l y s i s l i q u i d s f r o m b i o ma s s J R e n e wa b l e S u s t a i n a b le E n e r g y R e v ie ws 2 0 0 7 1 1 6 1 0 5 6 1 0 8 6 5 C Z E R NI K S B R I DG WAT E RA V O v e r v i e w o f a p p l i c a tio n s o f b i o ma s sf a s t p y r o l y s i s o i 1 J E n e r g y F u e ls 2 0 0 4 1 8 2 5 9 0 5 9 8 6 BR I DG WA T E R A V R e v i e w o f f a s t p y r o l y s i s o f b i o ma s s and p r o d u c t u p g r a d i n g J B i o ma s s B i o e n e r g y 2 0 1 2 3 8 6 8 9 4 7 朱 锡锋 陆强 生物质快速热解制备生物油 J 科技导报 2 0 0 7 2 5 2 1 6 9 7 5 Z HU X i f e n g L U Q i ang F ast p y r o l y s i s o f b i o ma s s f o r p r o d u c i n g b io o i l J S c i e n c e T e c h n o lo g y R e v ie w 2 0 0 7 2 5 2 1 6 9 7 5 8 G B T 2 8 7 3 1 2 0 1 2 固体生物质燃 料工业 分析方法 s G B T 2 8 7 3 1 2 0 1 2 P r o x im a t e analy s i s o f s o l i d b i o f u e l s s 9 郭秀娟 生物质选择性热裂解机理研究 D 浙江 浙江大学 2 0 1 1 GUO X iu j u an Mech anis m r e s e arc h o n t h e s e l e c t i v e p