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随着世界经济的快速发展,化石能源大量消耗所导致的能源危机和环境污染问题迫在眉睫,寻找绿色环保的替代能源意义重大。生物质作为一种资源丰富的可再生能源,通过生物质转化技术可得到便于储存运输的清洁燃料,其开发利用符合我国可持续发展的战略方向。在诸多生物质转化途径中,生物质液化被认为是目前最有前景的生物质转化方法之一,具有广阔的发展潜力,但其能耗高、效率低等诸多问题亟待解决。等离子体电解液化技术是将等离子体技术与溶剂催化液化技术相结合的一种液化技术,在没有外加热源的情况下,利用电场作用下离子的加速碰撞对液化体系进行加热,不仅速率快,能耗低,且液化过程中产生的活性自由基也有助于液化产物品质的有效提升。本文以油菜秸秆为生物质原料,聚乙二醇200和丙三醇为液化剂,硫酸和氢氧化钠为催化剂,进行了等离子体电解液化生物质的试验研究。首先在硫酸催化条件下进行等离子体电解液化生物质秸秆的试验,利用单因素法探究液化时间、催化剂用量、液固比和PEG200/甘油体积比等因素对液化过程的影响,在此基础上,设计并完成了中心组合正交试验,建立了操作参数的优化模型,以液化率为目标,获得了等离子体电解液化油菜秸秆的最优操作参数,随后对液化产物进行表征分析。其次,在氢氧化钠催化条件下进行了等离子体电解液化油菜秸秆的试验,通过对液化产物的分析,比较了酸碱不同催化下液化行为的异同。最后以温度、低温等离子体对液化过程的影响以及催化剂对系统工作特性的影响,探究了等离子体电解条件下油菜秸秆被快速液化的原因,并将等离子体电解液化技术与传统液化方式进行了比较。全文主要工作内容及总结如下:(1)硫酸催化下等离子体电解液化油菜秸秆试验研究。通过单因素试验方法,探究了不同因素(液化时间、催化剂用量、液固比和液化剂PEG200/甘油体积比)对等离子体电解液化油菜秸秆过程的影响;利用曲面响应面法得到的最优条件组合为液化时间5.8 min,催化剂用量2.2wt%,液固比7.3,液化剂体积比3.5,在最优条件下液化率达到98.3%,响应面结果分析表明催化剂×液固比交互影响作用最大,单因素中催化剂用量对液化率的影响最大;由液化产物表征分析可知,生物质液化过程中发生了脱水、脱羰、脱羧基等脱氧的反应,液相产物的高热值为20.67 MJ/kg,固体残渣热值为8.57 MJ/kg,液相产物中富含烃类、醚类、芳香类和酯类等混合物。(2)碱催化下等离子体电解液化油菜秸秆试验研究。以氢氧化钠为催化剂时,等离子体电解液化技术同样能够实现对油菜秸秆的快速液化,液化反应过程中温度快速上升,3min时温度升高至230℃;在液化时间12 min、氢氧化钠催化剂用量8.0wt%、液固比7:1、PEG200/甘油3:1的试验条件下油菜秸秆液化率达到85.6%。碱催化条件下,溶液体系温度要高于在酸催化条件下的温度,这是因为碱催化下放电的脉冲能量要高于酸催化下放电的脉冲能量,但相较于酸催化,H+的催化效果优于OH-的催化效果,所以碱催化条件下的液化时间更长,催化剂的用量更高,液化效果较差。(3)由碱催化下的油菜秸秆液化产物分析可知,酸碱催化下的液化产物元素组成基本相同,碱催化下的液相产物的高热值为22.80 MJ/kg,固体残渣的高热值只有8.61 MJ/kg;对液相产物进行红外分析,发现酸碱催化下的液相产物主峰值基本相同,但峰值强度略有不同;碱催化下溶液的pH值呈现出先升高后降低的趋势,12 min后pH值为7.52趋于中性;碱催化下的液相产物经GC-MS(气相色谱质谱联用仪)分析,结果显示其产物组成与酸催化下的液相产物基本一致,只是不同化合物的相对含量有所变化,原因是在碱性条件下更高的液化反应温度加速了醇类物质的氧化,酸性化合物与醇进一步反应生成酯类化合物。(4)等离子体电解条件下油菜秸秆快速液化原因的探究。研究结果表明,等离子体电解液化过程中添加少量的浓硫酸至溶液中就能实现液化体系温度的快速上升,4 min后溶液温度基本稳定在190.2℃;通过在不同温度下的传统油浴液化试验,发现温度的升高能大大降低液化时间;溶液中的离子在电场的作用下做有规律的热运动,并与极性分子发生碰撞使溶液的温度快速上升,放电反应过程中产生大量的自由基不仅促进了生物质秸秆的液化,还有助于提高液化产物的品质;与传统液化方式相比,等离子体电解液化技术不仅能耗低,反应速率快、操作简单,而且能在常压条件下获得较高的液化率。