亚∕超临界乙醇液化玉米秸秆反应路径与机理.pdf

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1、第26卷2010定第6期6月农业工程学报TransactionsoftheCSAEVr01．26No．6Jun．2010277亚／超临界乙醇液化玉米秸秆反应路径与机理刘华敏1，一，解新安1，麟，丁年平1，一，刘焕彬3，黄璐怡1(1．华南农业大学食品学院，广州510641；2．华南农业大学生物质能研究所，广州510641；3．华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室，广州510641)摘要：为了建立玉米秸秆在哑／超临界乙醇中进行液化各集总组分之间的主要反应路径图，考查反应过程中乙醇对产物的影响机理。该文利用集总的方法，根据产物和原料的性质将产物与原料分为气体、易挥发物、轻油、重油

2、、固体物5个集总，考查了液化过程(升温过程和反应过程)和乙醇量对各集总产物的分布规律的影响，建立了5集总组分之间的主要液化反应路径图。结果表明，玉米秸秆在反应温度到达180℃之前主要是水溶性有机物参加反应，主要生成了挥发物、气体与少茸的重油；当反应温度达到180℃之后玉米秸秆3种主要成分(纤维素、半纤维素、木质素)开始液化，主要产物是挥发物、轻油、重油和气体；液化过程中挥发物与重油之间存在着可逆反应，轻油在液化过程中发生二次反应主要生成气体。乙醇在液化过程中除了起到了传热作用和充当反应溶剂外还为反应过程提供自由基，对产物起到了重整作用。关键词：乙醇，液化，集总参数网络，机理，

3、玉米秸秆doi：10．3969巧．issn．1002—6819．2010．06．048中图分类号：TQ037文献标识码：A文章编号：1002—6819(2010)一06—0277—06刘华敏，解新安，丁年平，等．亚／超临界乙醇液化玉米秸秆反应路径与机理[J]．农业工程学报，2010，26(6)：277--282．LiuHuamin,XieXin’an，DingNianping，eta1．Liquefactionreactionpathwayandmechanismofcornstalkinsub-andsuper-criticalethanol[J]．Transactions

4、oftheCSAE，2010，26(6)：277—282．(inChinesewithEnglishabstract)0引言目前，关于生物质转化的研究主要集中在生物质裂解气化和裂解液化。其裂解过程十分复杂，人们对它的基本原理的了解还远远不够。在生物质热解机理研究方面主要分为两部分，主要是利用热重分析的方法建立反应动力学模型或用现代检测设备(气质联用、红外光谱等)结合对热解产物形成途径进行研究¨圳。在热解动力学方面根据原料分为单组分反应模型和全组分反应模型。其中单组分模型有纤维素热解的“Broido．Shafizadeh”模型【4】，但由于B．s模型存在一些疑问，因此随后的研究

5、者对其进行了改进，引入了二次反应建立了新的“Broido．Shafizadeh”模型【5】。全组分反应模型主要分为三平行反应模型和多步反应模型，其代表分别有DiBlasit61_--平行反应模型和Koufopanos[7】模型。以上模型的建立大大推进了生物质热解机理的研究，但忽略了溶剂对热解的作用和影响，而且建立的模型产物简单。生物质热解机理另一方面的研究引入了溶剂的作用和影响。其主要手段就是利用现代检测仪器(气质联用、收稿日期：2009．10—22修订日期：2009-12—28基金项目：广东省科技计划项目国际合作(20098050700037)；广东省科技计划国际合作项目(

6、20078050200010)作者简介：刘华敏(1985一)，男，河南许昌人，主要从事生物质能源的开发和利用研究。广州华南农业大学食品学院，510641。Email：litthuamin5108@163．c咖※通信作者：解新安(1964一)，男，河南开封人，副教授，博士，主要从事生物质能利用与开发，食品化工过程模拟，能量系统优化等研究。广州华南农业大学食品学院，510641。Email：xinanxie@,scau．emI．饥红外光谱等)对液化产物进行分析。Watanabe[8】等研究了在超临界水中Zr02、NaOH催化剂对纤维素液化的影响，发现Zr02、NaOH催化剂的加入

7、使H2收率分别为无催化剂时的2倍和3倍，多数CO在加入碱催化剂情况下发生变换反应生成C02和H2，只有少量CO残存在气体中。然而，生物质液化产物成份复杂，有上百种之多，很难对其进行深入的研究。1953年Blandingt9】提出了集总的思想，为复杂反应过程的研究提供了一个发展方向。所谓的集总就是利用物理和化学分析的手段，根据分子的动力学特征，按某种原则，将复杂反应体系中的大量化合物划分成若干个虚拟的组分，每个虚拟的组分就是一个集总。鉴于生物质液化过程的复杂性，本文引出集总的思想，根据产物和原料的性质对液