超/亚临界技术制备秸秆液化产物的研究

【摘要】：随着社会的高度发展，人类面临着严重的能源危机，寻找可再生新能源成为全球能源研究的焦点之一，而农作物秸秆是最具开发潜力的生物质能源之一，因此研究秸秆转化成燃料乙醇具有十分重要的现实意义。本文以生物质秸秆为原料，对其预处理工艺，脱毒工艺，不同脱毒方法的发酵对比研究及超/亚临界预处理工艺的连续化工艺进行了研究。 本论文采用亚/超临界技术对对甘蔗渣、稻草、小麦以及油菜等四种秸秆进行水解，探讨了温度和固液比等因素对还原糖产率与糠醛的影响,以及不同温度条件下采气对糠醛含量的影响。研究表明：甘蔗渣最优反应条件为368℃，固液比1:7.9；稻草秸最优反应条件为339℃，固液比1:5.7；小麦秸最优反应条件为358℃，固液比1:6；油菜秸最优反应条件为339℃，固液比1:5.7。相比还原糖的产生温度，糠醛在较低温度下产生的量高，同时第一个才气点放出的糠醛量最高。 本论文应用了不同脱毒方法对四种秸秆经超/亚临界预处理反应后的水解液进行脱毒试验。优化的化学脱毒方法采用加Ca(OH)_2过碱中和、调节pH及加入活性炭吸附对比减压蒸馏脱毒法，分析脱毒前后GC-MS谱图发现，减压蒸馏脱毒效果要优于化学脱毒法。以甘蔗渣为例，做四组发酵对比试验，试验结果表明：未经脱毒的预处理反应液发酵后乙醇最大浓度为21.9g/L，经化学处理后发酵产生的乙醇最大浓度为32.5 g/L，相对未处理的反应液乙醇产率提高了48.4%；经减压蒸馏后乙醇的最大浓度为38.3 g/L，相对未处理的反应液乙醇产率提高了74.9%，与化学脱毒相比，乙醇产率提高了17.8%。因此，减压蒸馏脱毒效果要优于本文中的化学脱毒方法，为甘蔗渣水解液提供了较理想的脱毒的方法。 本论文对比研究了超/亚临界连续化反应与间歇式反应对秸秆产还原糖及糠醛含量的影响。以甘蔗渣和稻草秸为例，实验结果表明：甘蔗渣在以pH=5的H_2SO_4为反应介质的连续化装置收集到还原糖总量为21.8g，还原糖产率为72.67%，糠醛总量为3.2538%，相对间歇式反应还原糖产率提高了31.67%，相对以蒸馏水为反应介质的连续化反应还原糖产率提高了10.27%；稻草秸在以pH=5的H2SO4为反应介质的连续化装置收集到还原糖总量为14.81g，还原糖产率为49.37%，糠醛总量为2.2285%，相对间歇式反应还原糖产率提高了21.5%。因此，在超低酸连续化装置中秸秆产还原糖产率显著提高，糠醛产量也有所降低。连续化反应装置解决了还原糖再分解的问题，并且提高了秸秆产还原糖的产率，实现了秸秆产还原糖高糖低毒的模式。 【关键词】：超/亚临界 还原糖 糠醛 脱毒 乙醇 连续化
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：X712
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-24
• 1.1 生物质秸秆概述11-12
• 1.2 生物质能国内外研究现状及发展趋势12-14
• 1.2.1 国外生物质能开发利用现状及发展趋12-13
• 1.2.2 国内生物质能开发利用现状及发展趋势13-14
• 1.3 农作物秸秆能源化利用途径14-19
• 1.3.1 秸秆制备乙醇14-15
• 1.3.2 秸秆液化制备生物柴油15-16
• 1.3.3 秸秆气化制备甲烷16-17
• 1.3.4 秸秆利用三种产品的经济性比较分析17-18
• 1.3.5 综合比较18-19
• 1.4 秸秆液化预处理技术19-20
• 1.4.1 物理法预处理19
• 1.4.2 化学法预处理19
• 1.4.3 物理化学法预处理19-20
• 1.4.4 生物法预处理20
• 1.4.5 超/亚临界预处理技术20
• 1.5 秸秆水解液脱毒研究及发酵20-21
• 1.6 课题来源及研究思路21-23
• 1.6.1 课题来源21
• 1.6.2 研究思路和内容21-22
• 1.6.3 研究内容22-23
• 1.7 技术路线23-24
• 第二章 材料与方法24-30
• 2.1 试验原料与药品24-25
• 2.1.1 试验原料24
• 2.1.2 发酵试验的材料24-25
• 2.1.3 主要试剂25
• 2.2 试验装置与主要仪器25-27
• 2.2.1 试验装置25-26
• 2.2.2 主要试验仪器26-27
• 2.3 试验方法27-30
• 2.3.1 秸秆超27
• 2.3.2 秸秆超27
• 2.3.3 碘量法测定还原糖浓度27-28
• 2.3.4 盐酸羟胺肟化法测定糠醛含量28-29
• 2.3.5 气质联用分析液相产物29
• 2.3.6 气相色谱法测乙醇29-30
• 第三章 生物质水热产糖中分离糠醛的研究30-50
• 3.1 秸秆在超30-39
• 3.1.1 反应条件对甘蔗渣转化成还原糖及糠醛产率的影响30-33
• 3.1.2 反应条件对稻草秸转化成还原糖及糠醛产率的影响33-35
• 3.1.3 反应条件对小麦秸转化成还原糖及糠醛产率的影响35-37
• 3.1.4 反应条件对油菜秸转化成还原糖及糠醛产率的影响37-39
• 3.2 温度对糠醛含量的影响39-43
• 3.2.1 不同温度下采气对甘蔗渣产糠醛含量的影响39-40
• 3.2.2 不同温度下采气对稻草秸产糠醛含量的影响40-41
• 3.2.3 不同温度下采气对小麦秸产糠醛含量的影响41-42
• 3.2.4 不同温度下采气对油菜秸产糠醛含量的影响42
• 3.2.5 四种秸秆在不同温度下采气对糠醛含量的影响42-43
• 3.3 四种秸秆水热反应产生的还原糖浓度对比43-46
• 3.3.1 反应温度对秸秆转化成还原糖的影响43-45
• 3.3.2 固液比对秸秆转化成还原糖的影响45-46
• 3.4 四种秸秆水热反应产生的糠醛浓度百分百对比46-48
• 3.4.1 反应温度比对秸秆生成糠醛的影响46-48
• 3.4.2 固液比对秸秆生成糠醛的影响48
• 3.5 本章小结48-50
• 第四章 不同脱毒方法对秸秆液化产物的影响及酒精发酵研究50-83
• 4.1 液化产物的脱毒处理及 GC-MS 分析50-78
• 4.1.1 秸秆预处理水解产物的 GC-MS 分析50-59
• 4.1.2 普通化学处理后液化产物的 GC-MS 分析59-67
• 4.1.3 减压蒸馏脱毒处理后液化产物的 GC-M S 分析67-75
• 4.1.4 四种秸秆脱毒前后 GC-MS 谱图对比分析75-78
• 4.2 液化产物发酵研究78-81
• 4.2.1 反应液发酵79
• 4.2.2 气相色谱法测乙醇79-81
• 4.3 本章小结81-83
• 第五章 间歇式和连续式超83-97
• 5.1 超低酸超83-85
• 5.2 连续化反应装置中pH 值对对甘蔗渣产还原糖浓度的影响85-86
• 5.3 对比间歇式与连续式反应对甘蔗渣产还原糖和糠醛的影响86-91
• 5.4 对比间歇式与连续式反应对稻草秸产还原糖和糠醛的影响91-94
• 5.5 对比不同反应方式对还原糖产率的影响94-95
• 5.6 本章小结95-97
• 第六章 结论与展望97-100
• 6.1 结论97-98
• 6.2 展望98-100
• 参考文献100-105
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文105-106
• 致谢106

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