聊城大学毕业论文

本本科科毕毕业业论论文文（（设设计计））题目微波辅助催化液化棉杆的工艺研究专业化学工程与工艺作者姓名齐延凯学号2010202201单位化学化工学院指导教师刘军海2014年5月教务处编原创性声明本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师指导下，独立进行研究取得的成果。除文中已经引用的内容外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得聊城大学或其他教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均在文中以明确的方式表明。本人承担本声明的相应责任。学位论文作者签名：日期：指导教师签名:日期：聊城大学本科毕业设计11目录1绪论..................................................41.1引言........................................................41.2国内外液化技术的进展........................................41.2.1快速热解液化..........................................41.2.2加压液化和催化液化....................................51.3棉杆及其他生物质的研究......................................51.4常温裂解液化秸秆............................................61.5生物由的研究方向............................................62棉杆的微波辅助液化工艺研究.............................72.1试验材料与方法..............................................72.1.1试验材料..............................................72.1.2实验仪器..............................................72.2实验装置....................................................72.3原料组成....................................................72.4试验流程图..................................................82.5实验具体方法................................................83结果与讨论............................................83.1液化剂与催化剂的筛选........................................83.2微波功率对液化产率的影响....................................93.3原料粒径对液化产率的影响....................................93.4微波时间对液化产率的影响...................................103.5反应温度对液化产率的影响...................................113.6催化剂用量对液化产率的影响.................................123.7料液比对催化产率的影响.....................................133.8本章小节...................................................143.8.1响应面实验结果与分析.................................153.9结论.......................................................20聊城大学本科毕业设计224生物油的分析.........................................20结束语.................................................22参考文献...............................................22致谢...................................................24聊城大学本科毕业设计33微波辅助催化液化棉杆的工艺研究摘要随着时代的进步，能源问题成为制约社会发展的一重要因素，用可再生能源代替一次能源已经成为社会发展的趋势。通过将生物质液化，可以将大分子转化为特定的官能团的化学品，得到燃料和化工原料。且生物质能源是环保的可再生能源，将生物质经过化工生产变为生物油是解决环境及能源问题的重要途径，而我国棉杆资源非常丰富，每年生产棉杆产量为1400万t以上。本实验采用棉杆为原料，选择乙二醇为液化剂，浓硫酸为催化剂，在微波作用下对棉杆进行液化，改变以前单纯采用高温裂解棉杆的方法，在中温常压下，用浓硫酸为催化剂进行生产，最终确定了每一个因素的最佳条件：微波功率500W，微波时间20min，反应温度149℃，料液比1:19,催化剂用量6%，原料粒径影响不大，采用过40目筛子的物料。关键词：棉杆；微波催化；生物油；产物分析AbstractWiththedevelopmentofsociety,energyproblemshavebecomekeyfactorswhichaffectthedevelopmentofthesociety.Usingsustainableandrenewableenergyhasbecomeatendencywhichcannotbechanged.Theuseofbiomassliquefactioncantransfertherawbiomasstotheflammableoilorthecompoundhavingspecialfunctional,whoseusesareasfuelsorindustrialchemicals.what’smore,biomassiscleanandrenewableenergy.Thewaytotransformtherawbiomassintoliquefiedproductshasbeenaimportantmeanaboutworkingouttheenvironmentproblemsandenergyproblems.Meanwhile,theresourceofcottonisveryabundant.Theyieldofitcanreach14milliontoneveryyear.Inthisexperiment,cottonwasadaptedasrawmaterial,thereactionwasperformedinethyleneglycolusingH2SO4asacatalyst.Weadaptthediameterofcottonfor40sectionbecausetheeffectofitislittle.Undertheeffectofmicrowave,replacingforonlyusinghightemperatureresolving,acquiringamaximumliquefactionyieldundermicrowavepowerof500wfor20minat149℃聊城大学本科毕业设计44withsolvent-to-feedstockratioof19:1and6%H2SO4.Keyword：Cotton；microwaveliquefaction；biomassoil；productanalysis1绪论前言1.1引言全球经济的发展与人口的日益增加使一次能源消耗急剧增加，而化石燃料的储量是有限的，人们需要一种可替代能源，另一方面，化石能源产生污染是不可避免的，而生物质作为可再生资源，可以解决这一难题。现阶段生物质（如秸秆）的主要利用方式有两种，直接焚烧与掩埋，严重降低了利用效率，且对环境造成严重影响。将生物质液化，是一种高效的生物质转化技术，因为生物质能来源丰富，无污染等特点受到人们广泛关注。石油短缺和能源结构不合理是我国的基本国情，经济的快速增长也决定我国能源消费将不断增长。面对能源紧缺特别是液体燃料的严重短缺和巨大消耗、石化能源消耗带来环境污染的多重压力，提高我国能源安全水平、缓解生态环境污染迫在眉睫。解决能源安全和环境污染问题，一方面要节约能源，减少能源消耗，但最根本的是寻求和开发来源充足、供应安全、环境友好的替代能源。生物质能是以生物质为载体的能量，是一种可再生、资源丰富且相对较利于环保的能源。农作物秸秆主要包括粮食作物、油料作物、棉花、麻类和糖料作物等5大类，是生物质资源最重要的来源之一。据统计，我国各种农作物秸秆年产量约6亿吨，占世界作物秸秆总产量的20％一30％。1.2国内外液化技术的进展1.2.1快速热解液化秸秆、林业废弃物等生物质快速热解液化技术是采用常压、超高加热速率(10。K／s一10K／s)、超短产物停留时间(0，5—1s)及适中的裂解温度(500℃左右)，使生物质中的有机高聚物分子在隔绝空气的条件下迅速断裂为短链分子，生成含有大量可冷凝有机分子的蒸汽，蒸汽被迅速冷凝，同时获得液体燃料、少量不可凝气体和焦炭]。液体燃料被称为生物油(bio—oil)，为棕黑色黏性液体，基本不含硫、氮和金属成分，是一种绿色燃料。聊城大学本科毕业设计551.2.2加压液化和催化液化加压液化是在较高压力下的热转化过程，温度一般低于快速热解液化。近年来有采用H：加压，使用溶剂(如四氢萘、醇、酮等)及催化剂(如Co—Mo、Ni—Mo系加氢催化剂)等手段，使液体产率大幅度提高。由于秸秆、农林废弃物等生物质原料组成十分复杂，不同生物质的组成差异也很大，使液化产物极为复杂，同时生物质热解过程涉及许多物理与化学过程。因此，自第一台生物质快速热解液化设备出现以来，热解液化技术得到了一定的发展，但对其液化机理和数学模型的研究还远远不够，生物质快速热解液化理论和产物分析成为研究的热点和难点。1.3棉杆及其他生物质的研究我们对秸秆进行了大量研究，研究发现：(1)与木屑等生物质相比，秸秆快速热解液化制取生物油产率偏低。应进行秸秆预处理技术研究，主要包括脱除灰分，以提高生物油产率和品质。(2)生物油存在以下问题，如pH值低、对设备有腐蚀性的问题，因此，今后应重点加强生物油应用技术和生物油提质技术研究，使生物油满足实际利用的需要。(3)目前生物质快速热解液化反应器规模普遍偏小，在加强快速热解液化机理和理论研究的基础上，对现有设备和技术进行放大试验研究，进一步降低生产成本，提高技术的适应性，为大规模生产提供配套设备和技术。棉杆的液化常见用法是真空高温裂解技术，即：以棉秆生物质为原料，通过自制的真空热解装置对其进行制取生物油的实验研究。考察了保温时间、热解温度以及升温速率等工艺参数对产物产率的影响，着重研究了生物油产率随工艺参数的变化规律。结果表明：保温时间为60min、热解温度为550℃、升温速率为50℃／min的参数条件，对棉秆生物质真空热解制备生物油比较有利，生物油产率达43％以上。采用FT-IR、GC．MS技术对棉秆生物油进行分析，发现棉秆生物油是一种复杂的有机混合物，含有醛、酮、羧酸、酯、醇、苯酚类物质、呋喃类物质以及糖类化合物等，其中酚类物质相对含量为23．86％，呋喃类物质相对含量为10．97％。研究了固相副产物的吸附陛能其亚甲基蓝吸附值和碘吸附值分别为84．04，420．O0m