生物质气化焦油的酚类化合物提取及其水热处理研究

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生物质气化焦油是气化过程中产生的一种副产物,含有丰富的酚类化合物,可以提取高附加值的酚类有机物;主要由含碳氢的有机质组成,采用水热处理的方式,可以获得制备液体燃料的粗原料。为此,本文开展了生物质气化焦油的酚类化合物提取及其水热处理研究。本文的主要研究内容和结果为:(1)对生物质气化焦油的基本性质进行了分析;采用柱色谱法及索氏抽提对其进行了组分分离,并对各分离组分进行了GC/MS、FTI、1H-NMR和元素分析。结果表明:生物质气化焦油具有高水分、高粘度以及高杂原子含量的特点;其化学组成非常复杂,富含各种有机化合物(如:正构烷烃、正构烯烃、酚类、有机酸以及毗嗪等);在其酚类化合物中,4-乙基苯酚、3-甲基苯酚和4-乙基-2-甲氧基苯酚等低级酚含量较高。(2)对生物质气化焦油的酚类化合物提取工艺进行了探讨,确定了较为合理的酚类化合物的提取工艺,即:首先进行气化焦油馏分的切割,以获取富酚的馏分,然后以富酚馏分为原料进行碱洗和酸洗,以获得粗酚。在上述提取工艺下,主要进行了馏分切割过程、碱洗过程及酸洗过程的研究,结果表明:生物质气化焦油中110~180℃的馏分作为酚类化合物的提取原料较为合适;较优的碱洗条件为NaOH浓度20%、碱洗时间5min和碱洗温度50℃;较优的酸洗条件为硫酸浓度20%、酸洗时间30min和酸洗温度22℃。在上述较优工艺条件下,对生物质气化焦油进行了酚类化合物的提取,粗酚产率可达50.24%(占馏分的质量百分比),并对所提取的粗酚化学组成进行了分析,结果发现:提取粗酚中酚类化合物的总含量为98.49%,其中低级酚含量为73.90%;在低级酚中,4-乙基苯酚的含量最高,达到16.50%。(3)对生物质气化焦油的水热处理过程进行了研究,结果发现:与未经水热处理比较,生物质气化焦油经过水热处理后,油产率明显增加,油的H/C比明显增加,热值也有一定提高;在CO气氛、温度375℃、时间60min及Na2CO3催化剂(5%)的水热处理条件下,油产率增加了24.26%,沥青质和残渣产率分别降低了20.93%和5.81%。
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