第 �� 卷 第 � 期 太 阳 能 学 报 � �� � �� , �� � ����巧年 � 月 ��汀� ��� � ��� � !叼心� ��刊��� 吨 � , �以万
文章编号 � 优巧冬佣� �创侧巧】�冬肠职 ·��
快速热解生物油柱层析分离与
分析
定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析
李世光 , 徐绍平 , 路庆花 , 刘淑琴
�大连理工大学煤化工研究所 , 大连 � �印���
摘 要 � 利用柱层析分离与分析了自由落下床反应器中杏核和玉米芯快速热解油 。 生物油经脱水 、 抽提分离出
沥青烯后 , 柱层析分离成 � 个馏分 � 环己烷洗脱馏分 �� 馏分 � , 主要是四环以下无杂原子 、 无取代基或简单取
代基的芳香化合物 � 苯洗脱馏分 ��� 馏分 � , 主要是单环的酚类化合物 � 甲醇洗脱馏分 ��� 馏分 � , 主要是极性
化合物。 实验结果
表
关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf
明 , 热解温度对生物油的产率和性质影响很大 � 生物油及沥青烯的产率在 仪刃 一 � �� ℃范围
内达到最大值 � 随温度的升高 , 大分子化合物裂解成小分子化合物 , 含复杂取代基的化合物裂解生成含简单取
代基或者无取代基的化合物 。 实验结果也表明生物油中蔡 、 甲基蔡等主要来自于纤维素和半纤维素的热解 , 酚
类化合物主要源自于木质素的热解 。
关键词 � 生物质 � 快速热解 � 生物油 � 柱层析 � 自由落下床反应器
中图分类号州� 刃 �� �石� � � � 文献标识码 � �
� 引 言
生物质能占世界能源总能耗的 �� � , 在发展中
国家占 �� � 以上 。 中国 ��� � 年仅农作物秸秆的产
量就达 � , �亿吨 , 相当于 � � � 亿吨标准煤 , 占一次能
源生产总量的犯 � �� �� 。
� 生物质具有资源丰富 、 可再生 、清洁等优点 , 主
要成分是纤维素 、半纤维素和木质素 。 纤维素是天
然线型高分子化合物 , 其热解生成梭基和碳基化合
物 �半纤维素是类似与纤维素的有较多支链的稍小
的天然线型高分子化合物 �木质素是一类由苯丙烷
单元�� 一�一 , 几珑几珍 �通过醚键和碳 一 碳键连
接的复杂的无定形高聚物 , 是制备单环化合物�尤其
是带有取代基的单环化合物 �的潜在来源〔幻 。
生物质热解产物主要是焦炭 、生物油和热解气 。
快速加热和短的停留时间避免了生物质热解中间产
物缩聚成焦渣 , 提高了生物油的产率 , 而且使生物油
组成简单化集中化 , 更有利于生物油的加工与利用 。
� � � � �� �罗� �� �图综述了生物质快速热解工艺并指
出快速热解生物油的产量可高达 �� � ��� � , �� �。
目前虽有不少对生物油的研究报道〔� 一 �〕, 但国
内有关落下床反应器中生物质快速热解油的研究未
见报道 , 国外相关研究也很少 , 仍需深人研究生物油
的性质 。 本实验对自由落下床快速热解设备收集取
得的生物油产品进行了脱水处理 、柱层析分离和色
谱分析 。
� 试验部分
� � � 生物油的制备
杏核由承德露露集团提供原料 , 玉米芯产自辽
宁省大连市金州。 经过粉碎筛分 , 取粒径 � � �� �
� � �� � 的杏核和玉米芯作为热解制取生物油的原料 。 原料的元素分析 、工业分析和组成分析结果如
表 � 所示 。 由 � 种原料的组成分析可看出 �杏核木
质素含量达到 �� � , 是木质素代表性生物质 � 玉米
芯相对于杏核 , 纤维素和半纤维素含量较高 , 是纤维
素代表性生物质 。
实验所用的快速热解生物油是在自由落下床快
速热解装置中制取的 , 反应温度分别控制在 ��� ℃ 、
以刃℃ 、 ��� ℃ 和 ��� ℃ , 生物质颗粒自由落下经过恒
温区时间为 � � , 加热速率 �护 一 �了℃ � � , 氮气保护 。
落下床快速热解反应装置图见图 � 。
� � � 生物油的分离分析流程
生物油样品称重后 , �� ℃下用旋转真空蒸发仪
收稿日期 � 火刀� 一�� � ��
甚金项目 � 教育部留学回国人员科研启动基金项目
太 阳 能 学 报 �� 卷
蒸发除去自由水 。 然后溶于四氢吠喃 �� ��, �并过滤
除去残余的炭渣 。 所得生物油蒸去 �川�并称重后 ,
在索式抽提器中回流 �� , 溶剂为环己烷 。 环己烷不
溶物�沥青烯 �风干后称重 �可溶物蒸发除去环己烷 ,
以备柱层析分离 。
表 � 玉米芯和杏核的元素分析、工业分析和组成分析
毛止�� � 现山仙�� � �� ���� , �功范�� �� �� �� ���。 朋� � � � �� � ���
阴司��� � �� � �� �� ��� � ��� � �� �� �� ��� �
参数 �� ��
工业分析 �空气干燥基 �
水分 � � �� � � ��
灰分 � � � � � � � �
挥发分 � � � �� � � � � �
固定碳 �� � �� ��� 麟
元素分析�干燥无灰基 �
�� 一� 分析 � 用 � � �� 卯 型 �� �� � ��� � 型 ��
联用仪 �美国产 ��, 公司 �对 �� 、��馏分进行定性分
析 。 �� 色谱柱为 �� 一�� 毛细管柱���� � � � �� �� �� � �脚� , 采用分流进样技术 , 分流比为 � � ��� , 载气
为 �� � �� � �体积百 分 比 �的高纯 凡 , 柱前压为
� � 胆���� , 检测器为 ��� , 柱温 �� � 一 ��� ℃ , 升温速
率 �℃ �而� , 气化室温度 ��� ℃ , 检测室温度 ��� ℃ ,
进样量 � �匹 � �� 电离电压 �� �� , 发射电流 � � �� �� ,
扫描范围 �� 一 ��� � �而 � �。�� , �� 分析 �用 �� � � �� � �� �� � 型 �� � �� 仪器对
沥青烯进行红外光谱分析鉴定 。 波数扫描范围 《幻
一 《阅�� � 一 � 。
� 结果与讨论
� � � 热解温度对脱水油和沥青烯产率的影响
图 � 给出了杏核热解液体产品中初步分离出的
脱水油产率和沥青烯产率随热解温度变化的规律 。
以��℃时脱水油的产率达到最高值 �� � � � ���� � �。
低温热解区内���� 一 以��℃ �生物质分子中只有比较
弱的键被打开 , 析出小分子气体产物 , 并生成大分子
的焦渣产物 , 因而油产率较低 。 高温区 内���� �
��� ℃ �热冲击非常大 , 生物质分子中较强的键也被
断开 , 热解中间产物二次裂解生成更小分子的产物 ,
导致油产率的降低 。 而适合的中温 �以洲〕一 ��� ℃ �有
利于油的生成 。 沥青烯产率随温度变化规律和脱水
油的一致 。
��������巧����������� ��� !科����� ���
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组成分析�干燥无灰基 �
提取成分
半纤维素
木质素
纤维素
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加料器
脱水油
沥青烯
印印句幻为承�匆凶焦渣收集 气体收集
区区区区区区区区区
旋风除尘 焦油收集
口� � 一“一口� � 。
图 � 落下床实验装置图
�� � � � 阮�� �� �� � �� �孚翅 �� �� ����� �� � �� 层析柱的固定相为经 � � �℃下活化处理 �� � 后
的硅胶 �粒径为 0.105 一 0 . 1 5 0 n llll ) 。 向层析柱顶端
滴加一定量生物油(油和硅胶重量比 1:35 ) , 吸附片
刻 , 先后用不同溶剂洗脱分离出 3 个馏分:环己烷洗
脱 Bl 馏分 、苯洗脱 B2 馏分和甲醇洗脱 B3 馏分 。 层
析柱底端采用负压技术加快洗脱速度 。
1
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3 分析鉴定仪器
1
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图 2 温度对杏核快速热解油和沥青烯产品产率的影响
Fi g.2 Te m详ra恤 e任ec t on the 户d ds of hi , 011 a nd 朋phal t
加m 俪tP帅lysioof AS2.2 温度对杏核快速热解油馏分的影响
2. 2.I BI 馏分的分析
期 李世光等:快速热解生物油柱层析分离与分析 551
5(X) ℃ 、 6 以)℃ 、 7 00 ℃和 8(X) ℃杏核快速热解油柱
层析分离出的 Bl 馏分的色谱图见图 3 。 由 GC 一 M S
检测出的化合物的结构及其保留时间(以 800 ℃生
物油为准 )见表 2o
热解温度为 5加℃时 (图 3a) , Bl 馏分含量较高
的化合物有蔡(保留时间:20 .3 , 单位 而n , 下同)、 甲
基蔡(25 .1) 、氢药(31.4 )、菲 (科 .2)等 , 这些化合物
很稳定 , 且基本上是不含杂原子 、无取代基或简单取
代基的四环以下化合物(见表 2) 。 当热解温度升高
到 6以)℃时(图 3b) , 化合物种类增多 , 带有侧链的多
环化合物含量增加 。 热解温度为 700 ℃时 (图 3。 ) ,
蔡和甲基蔡含量最高 , 其它化合物含量均降低 。 原
因是蔡和甲基蔡的热稳定性要好于其它多环化合
物 。 当热解温度进一步升高到 800 ℃时 (图 3d) , 甲
基蔡含量减少 , 蔡含量增加 , 高温热冲击使侧链断
裂 , 生成更稳定的无侧链的芳香化合物 。 随热解温
度的升高 , 油的产率也减少 , 说明多环化合物在高温
下发生了裂解和缩聚反应 。
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杏核快速热解油
Fi g.3 GC ehID 浏ogra m of 加etion BI
Bl馏分的 GC 谱图
of bi * 。11 fr o m fas t P ”司ysis of AS
太 阳 能 学 报 26 卷
表 2 杏核快速热解油 B1 馏分中主要的化合物
乳阎e 2 M ai n c优哪冲四山 in BI 丘朗ti on of 玩0- 011 丘伪n fas t 仍叨lysis of AS
化合物结构 髯 忿算 灸毋昌毋
保留时间/而n 加· 24 . 8 2 5 . 4 4 3 . 9 5 2
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B2 馏分的分析
图 4 为 5(X) ℃ 、以X )℃ 、7 (X) ℃和 8(X) ℃杏核快速热
油柱层析分离出的 B2 馏分的色谱图。 由 GC 一 MS 检
测出的化合物的结构及其保留时间 (以 8(X) ℃生物
油为准)见表 3 。
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图4 杏核快速热解油 B2 馏分的 GC 谱图
Fi g. 4 GC c肠恻。邵刊m of 仓明ti on BZ of bi , oil 肠阅1丘唱t p y m 】师, of AS热解温度为 5(X) ℃时(图 4a) , B2 馏分中含量较 烯丙基 一2 一甲氧基苯酚 (28 .5) 、 5 一烯丙基一2 一甲氧基苯
高的化合物有苯酚 (12 .3) 、邻甲酚 (14 .4) 、对甲酚 酚(30 .2) 等单环酚类化合物 。 大部分酚类化合物组
(巧.0) 、邻甲氧基苯酚 (巧 .7 )、 2 一甲氧基4- 甲基苯酚 分含有甲基和甲氧基基团。 其中苯酚及邻甲氧基苯
(19 .5) 、2 一甲氧基一乙基苯酚 (23 .0 ) 、 4- 丙烯基 一2 一甲 酚是木质素热解的代表性产物 。 当热解温度升高到
氧基苯酚(25 .7 )、 4 一丙烷基一2 一甲氧基苯酚(26 .1) 、 4 一 创刃℃时(图 4b) , 酚类化合物 , 尤其是侧链 比较简单
期 李世光等:快速热解生物油柱层析分离与分析
的酚类化合物的相对含量有所增加 。 热解温度为 和对甲酚含量急剧增加 , 而带有复杂取代基的酚类
700 ℃时(图4 。) , 复杂的酚化合物裂解生成简单的酚 化合物的相对含量减少 。 热解温度的升高使热解生
类化合物 , 例如 4 一烯丙基 一2 一甲氧基苯酚含量减少 , 成的化合物进一步发生裂解和缩聚反应 , 导致化合
检测不到 5一烯丙基 一2 一甲氧基苯酚的存在了 。 当热 物趋于简单的小分子化合物 , 相应的热解油产率也
解温度进一步升高到 8(X) ℃时(图 4d) , 苯酚 、邻甲酚 下降了。
表3 杏核快速热解油 监馏分中主要的化合物
毛止le 3 M ai n eom 即unds in BZ 丘叨ti on of bi , 011 fr J ll 丘坦t 仍叨lysis of AS
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化合物纳 守 己OH
保留时间/m in 14.4 15.33
化合物结一人 田i
保留时间/m in 25.7 26.1
一仁 “27 .8 30 .0 3 1.7
在 BZ馏分中含高附加值的酚类化合物 , 同时也
含有乙酸等梭基化合物 。 利用本试验的分离流程不
能将酚类化合物和竣基化合物分离开 。 要将其中具
有高附加值的酚类化合物分离出来 , 需要根据 2 类
化合物性质上的不同 , 进一步利用化学分离
方法
快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载
分
离 。
通过以上对不同温度制取的生物油 中 Bl 、 B2
’ 馏分的分离分析可见 :在 以X〕一 7 (X) ℃区间内 , 生物油
的产率达到最高值(图 2) , 且在此温度区间内适当
的高温使生物油组分简单化集中化 , 有利于其后续
精制加工 。
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a- B I 馏分
18. 51 23. 89 29 .27 34 .65
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b. B Z 馏分
图5 玉米芯快速热解油(岌幻℃ )各馏分的 GC 谱图
凡.5 GC cha 协血哪吻 硬如丽仪均礴 bi介d 坛刀ll fhat 刃心 , 肠 of C C (反幻℃ )
太 阳 能 学 报 26 卷
2 .3 纤维素类生物质快速热解油的分离分析
对在 8(X) ℃下玉米芯快速热解收集得到的油进
行柱层析分离 。 对分离出的 Bl 、 B2 馏分进行气相
色谱检测 , 色谱图见图 5。 对照图 3 和图 4 , 我们可
以看出无论是纤维素类生物质或木质素类生物质 ,
热解生成的化合物种类是一致的 , 只是在含量上有
所差异 。 比较图 5a 和图3d , 可以看出纤维素类生物
质油 Bl 馏分中的多环芳香化合物 (巧卜Cye lic A ro -
mati
c Conlpo unds , 简称 PAH )的含量要比木质素类生
物质油 Bl 馏分中的 PA H 的含量高 。 比较图 5b 和
图 4d , 可以看出木质素类生物质油 B2 馏分的酚类
化合物的含量要比纤维素类生物质油 BZ 馏分中的
酚类化合物的含量高 。 结合组分分析的结果 , 可 以
得出这样的结论 :PAH 主要来源于纤维素和半纤维
素的热解 , 而酚类化合物主要来 自于木质素的热解 。
若要利用生物质快速热解制取蔡和 甲基蔡等 PAH
化合物 , 宜选用纤维素和半纤维素含量高的生物质 ;
而制取酚类化合物 , 宜选用木质素含量高的生物质 。
2
.
4 沥青烯的红外光谱分析
沥青烯主要是大分子化合物 , 其产率受热解条
件的影响较大 , 尤其是热解温度 , 热解温度越高沥青
烯的产率越低 。 对杏壳和玉米芯快速热解油分离出
的沥青烯做红外光谱分析 , F T . IR 谱图分别见图 6a 、
图 6b。
由图可以看出:波数为 (2少泊 士 1 0) 。m 一 ’的吸收
带是脂肪族甲基和亚甲基( 一 C 玩 和 一C 践 )的伸缩振
动形成的;(145 0 士 1 0 ) C m 一 ’吸收带是脂肪族甲基和
亚甲基 C C凡 和一 C 玩 )的变形振动形成的;(16X〕士
10 ) cm
一 ’吸收带是芳香族化合物共扼双键 (C = C) 的
伸缩振动形成的;(17(X) 士 1 0 ) 。m 一 ’吸收带是碳基(C
二 O )的伸缩振动形成的 。 这些吸收带的相对强度
在很大程度上代表了沥青烯分子中脂肪碳 、芳香碳
和含氧基团这 3 种主要组成的相对丰度 。 ( 3 4 30 士
ro ) cm
一 ‘吸收带较强而且宽阔 , 是经基化合物多聚
体中~O H 缔合形成的 , 多为低聚糖类化合物的特征 。
比较两张谱图 , 可看出杏核沥青烯的 FT~IR 谱
图与玉米芯的相差较大:杏核沥青烯的芳环和含氧
碳基特征峰比玉米芯沥青烯的明显;而玉米芯沥青
烯比杏核沥青烯在 (343 0 士 1 0) cm 一 ’的吸收带的强
且宽阔 。 这些差别主要由 2种生物质的组成不同造
成的(见表 1) , 在一定程度上反映 了木质素与纤维
素和半纤维素热解产物的差异 。
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3 结 论
图6 快速热解生物油中沥青烯的曰、IR 谱图
Fi g. 6 F】’- IR s lx 犯切哈冲m 试 朋讨园t丘明ti on in 玩, d 肠份n 公旧t 刃耐ysis of AS 山司 C C
化合物裂解成小分子化合物 , 含复杂取代基的化合物
断裂生成含简单取代基或者无取代基的化合物;
l) 控制生物质快速热解温度在 以X)℃左右有利
于生物油的产生 ;
2) 快速热解温度对生物油组分及其含量的影响
比较复杂 , 总的趋势是:随着热解温度的升高 , 大分子
3) 生物油中含有高附加值化合物 , 如蔡 、 甲基
蔡和酚类等。 硅胶柱层析可以将生物油分为 3个馏
分 。 蔡和甲基蔡主要存在于 Bl 馏分内 , 酚类物质主
要存在于 B2 馏分内;
期 李世光等:快速热解生物油柱层析分离与分析
, ..J, .Jes
4
1勺lesLLesesL
4 ) 生物油中的蔡 、甲基蔡等 以H 化合物主要是
来自于纤维素和半纤维素的热解 , 而酚类化合物主
要来 自于木质素的热解 。 快速热解以蔡 、 甲基蔡等
PAH 化合物为 目标产物时 , 生物质原料宜选择纤维
素和半纤维素含量高的生物质;以酚类化合物为目
标产物时 , 生物质原料宜选择木质素含量高的生物
质 。
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