论文总字数：26893字

摘 要

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摘 要

在能源与环境问题日益严重的今天，开发一种长期可持续利用的新型能源是当务之急。在广泛的新能源之中，生物质能以其分布广泛、低能耗、低排放的特点脱颖而出，在众多的生物质利用方式中，快速催化热解制油技术具备良好的应用前景，但生物质快速催化热解制油技术目前尚存在制取的生物油中烃类相对含量较低，整体品质不高的问题。本论文将从生物质组分及辅助原料等多方面对生物质快速催化热解制油技术的品质提升进行优化研究，提升生物热解油当中烃类产物的相对含量，降低含氧类产物的相对含量。

在生物质组分及辅助原料方面，选用生物质的主要组成成分纤维素、半纤维素（以木聚糖为模化物）及木质素为生物质原料，聚乙烯、甲醇、乙醇为多氢原料，开展生物质原料与多氢原料共热解的基团层面的研究。

通过傅里叶变换红外光谱确认了聚乙烯与生物质三组分的基团协同效应最佳的多氢原料，碳氢基团及含氧类基团的综合效果最好，故选定聚乙烯为后续一系列实验的代表多氢原料。通过热重-质谱实验分别对生物质三组分与聚乙烯的热解协同效应开展相应研究。

根据实验结果可知，在生物质三组分中，木聚糖与聚乙烯的共热解协同效应最佳，而木质素则由于其热解游离体为苯环结构单元，热解协同效应最差。

关键词：生物质原料，快速催化热解制油，多氢原料，协同效应

Abstract

As energy and environmental issues are becoming more serious nowadays, the development and research of a long-term sustainable new energy is a top priority. Among the wide range of new energy sources, biomass energy stands out for its characteristics of wide distribution, low energy consumption and low emissions. Among numerous biomass utilization methods, the rapid catalytic pyrolysis technology has good application prospects. However, there still exist problems such as low hydrocarbon content and low overall quality in the bio-oil produced by the rapid catalytic pyrolysis technology of biomass. This project will optimize the quality improvement of biomass fast catalytic pyrolysis technology from biomass components and auxiliary raw materials, improve the relative content of hydrocarbon products in bio-pyrolysis oil, and reduce the relative content of oxygen products.

With regards to biomass components and auxiliary raw materials, cellulose, hemicellulose and lignin as biomass raw materials, polyethylene, methanol and ethanol as multi-hydrogen raw materials were selected to carry out the group level study of co-pyrolysis of biomass raw materials and multi-hydrogen raw materials.

Fourier transform infrared spectroscopy confirmed that polyethylene had the best synergistic effect with the three components of biomass. Hydrocarbon group and oxygen group had the most extraordinary synergistic effect. Therefore, polyethylene was selected as the representative polyhydrogen material in a series of subsequent experiments. The synergistic effects of biomass three components and polyethylene were studied by thermogravimetric mass spectrometry .

The synergistic effect of xylan and polyethylene is the best among the three components of biomass, while lignin is the worst because its pyrolysis free body is benzene ring structure unit.

KEY WORDS: biomass feedstocks, fast catalytic pyrolysis for oil production, polyhydrogen feedstocks, synergistic effect

目 录

摘 要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

第一章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 生物质能的利用方式 2

1.2.1 生物质能利用方式的分类 2

1.3 生物质三组分热解研究 4

1.3.1 纤维素热解 4

1.3.2 木质素热解 4

1.3.3 半纤维素热解 4

1.4生物质快速热解液化技术改进研究 5

1.4.1生物油乳化 5

1.4.2生物油催化酯化 5

1.4.3生物油精馏 5

1.4.4生物油催化加氢 6

1.4.5生物质催化裂解 6

1.4.6水蒸气重整制氢 6

1.4.7生物质与多氢原料共热解 7

1.5 生物质与多氢原料共热解的研究 7

1.5.1共热解的基本原理 7

1.5.2生物质与多氢原料催化共热解的研究 7

1.6研究目标及主要研究内容 8

第二章 实验方法 9

2.1 实验原料及仪器介绍 9

2.1.1 实验原料 9

2.1.2实验仪器 9

2.2傅里叶变换红外光谱实验方法 9

2.3 热重-质谱实验方法 10

第三章 生物质三组分与多氢原料的协同效应研究 12

3.1引言 12

3.2傅里叶变换红外光谱实验 12

3.3热重质谱实验 15

结论 21

参考文献（References） 22

致 谢 25

第一章 绪论

1.1 研究背景

能源自被人类发现的那一刻起，在社会发展中一直起着至关重要的作用。自工业革命以来，以煤、石油、天然气等为代表的化石燃料在能源结构中占据着极为重要的地位，然而其利用前景不容乐观，它们的过度开发与利用也导致了不可逆转的严重的环境污染问题^[1]。特别是进入21世纪以来，二氧化碳大量排放,导致了全球范围内的温室效应，除此之外，大量化石燃料的使用导致里酸性气体例如硫氧化物、氮氧化物等的排放，给地球带来了酸雨等严重的环境问题。相关数据显示，我国现有的已探明煤炭储量仅够开采约30年，已探明石油与天然气储量分别占世界总储量的1%与1.5%，分别可开采11年及28年。尽管已探明储量会随时间推移而增加，但化石燃料作为一种不可再生能源，其总量是有限的，必然会在大量消耗中日益枯竭。因此，寻求和开发一种新型的可再生能源具有重大的意义，不仅可以减轻环境的严重破坏，而且可以缓解当前严峻的能源危机，充分符合当前可持续发展的要求^[2]。

常见的可再生能源一般包含风能、水能、太阳能、潮汐能、地热能及生物质能等。在这些可再生能源之中，生物质能凭借其可再生、低污染及分布范围广的特点而受到广泛关注。根据相关研究估计，地球上的植物每年通过光合作用固定的碳量高达2×10¹¹吨，其中包含能量3×10²¹J，这些贮存在植物中的能量相当于全世界每年总能耗的10倍^[3]。

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