入侵植物的真空热解外文翻译资料

 2022-11-04 17:01:00

英语原文共 10 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

学

30

英 文 翻 译

Vacuum Pyrolysis of Intruder Plant Biomasses


摘要：用真空热解的方法处理三种西方南非干旱台地高原入侵植物。这三种植物叫Kraalbos,Schotzbos,Asbos。实验研究了温度，热解时间、压力，生物原油的含水率、含碳量对热解的研究。Asbos的最大灰分是19.9wt.%。在商业上，很难实现Asbos烧焦物的灰分为40wt.%到44wt.%。Kraalbos的真空热解可以产生热值为23.0-25.5MJ/kg的生物炭，以及较有利于做炭笔的含量为13-19wt.%的灰分。从Kraalbos和Schotzbos提取的生物原油有希望作为热值为21.6-26.9MJ/kg民用燃料油。热解阶段产生了大量酚类化合物，这些化合物可以被提取，并且有可能作为提高油品的原料。最后植物老化改变了入侵植物的生物质的木质纤维结构，减少了其含碳量和真空热解的出油率。入侵植物的真空热解

Willem A. de Jongh, Marion Carrier, J.H. (Hansie) Knoetze

关键词：真空热解； 入侵植物

1 引言

在南非干旱台地高原的某些地区，一些植物被认为是入侵物种，比如：Kraalbos、Asbos和Scholtzbos。因为这些植物对生物多样性和社会经济的发展存在威胁，所以它们在其他地方的增殖一直被密切关注。这项研究对用真空热解控制入侵植物的经济可行性进行了调查。通过研究发现了一种对于控制入侵植物经济可行的方法。这种方法不仅可以激励政府和农民清理这些植物，而且还有助于经济发展，并增加牧草，给投资者带来直接利润。

因为真空热解过程可以产生大量的热解油、炭和几种已经被研究过的工业原料（表1），所以真空热解在近几年已带来较高收益。其更高的热值可以被当作不同的燃料：煤(34.1MJ/kg)，天然气(42.5MJ/kg)，柴油(45.9MJ/kg)，汽油(46.7MJ/kg)。终有一天真空热解产生的生物原油和木炭会作为燃料。

表1 真空热解不同生物质的产品组成（n.d.：未检出）

大多数研究人员还调查了含碳量、出油率和油中的特定化学物质的产量。实验变量被设定为原料、温度、压力、颗粒度、升温速率、含水率、含灰量、提取量、热解时间。其中对炭和油产量影响最大的是原料、温度、压力和热解时间。

目前研究主要包括在不同温度、压力和热解时间下对入侵植物的真空热解，以便确定热解的最佳操作条件。此外，对产品、炭、油的简要描述是为了强调其潜在商业应用。

2 实验部分

2.1 实验材料

在南非干旱台地高原的Touwsrivier地区收割成熟的入侵植物物种，然后将其用锤式粉碎机粉碎。植物被储存在室内，同时进行实验。Galenia africane和Psilocaulon俗称Kraalbos、 Asbos，属于番杏科，而Pteronia俗称Scholtbos，属于菊科。Kraalbos和Asbo芳香植物，多年生灌木。Scholtzbos是一种开花植物，其中包含一个不明的毒素，损害肝脏和肾脏。这些入侵植物表现为灰绿色的灌木，其中一些的含盐量多达40-50wt.%。它们是一种木质纤维素的成分可以改变的耐旱性的物种。中性洗涤纤维(NDF)、酸性洗涤纤维(ADF)和酸性洗涤木质素(ADL)在干旱的基础上，分别可以在42-67.6wt.%，25.9-33.2wt.%和4-9.2wt.%之间变化。NDF包括半纤维素、纤维素、木质素和灰分。ADF包括纤维素、木质素和灰分。因此，半纤维素含量(ADL)可以通过从NDF 减去ADF得到。纤维素的量是通过ADF和木质素值之间的差异计算。这些植物的灰分和提取物可以在32.4-58wt.%之间变化。

2.2 真空热解

反应器由一个1米长的石英管(直径60毫米)、六个保温良好的加热器、计算机控制的加热元件组成。加热反应器被连接冷凝器和真空泵。实验是在热解时间(30-120分钟),温度(300-520℃)和反应堆压力(18或者50kP)下批次进行。反应堆密封后,抽空到所需的工作压力。一旦反应器加载(30-160g的生物量),加热开始。实验装置图1所示。

图1 实验装置

从冷凝器到反应器之间的管道的温度控制在160℃，使其在收集器之前冷凝。通过冷凝器，真空泵把有机蒸气和气体产品从反应器中分离出去。可冷凝的蒸汽被冷凝到收集器并恢复成液体，后来进行称重和分析。冷凝装置由四个冷凝器组成；第一个保持在室温，第二个、第三个保持在minus;10℃，最后一个保持在minus;78℃。控制程序是用于控制加热速度，热解时间和最终的热解温度。装置真空冷却，直到样品温度达到室温。然后把样品称重，并把剩余的样品储存分析。运行时间（2-3h）取决于使用的温度。

2.3 分析方法

不同组分的分析用标准方法：含水量(ASTM E871)，灰分(ASTM D1102)，硫含量(LECO硫分析仪)和热值(数字数据系统CP500弹式热量计)。液相中的含水量用瑞士万通KF Titrino和标准化的费歇尔试剂确定。

2.3.1 比表面积

常用Micrometrics ASAP 2010来以氮吸附来测比表面积。

2.3.2 热重量分析

热重分析是用杜邦的951热重分析仪进行。用天平称量17毫克的样本,然后在氮流50ml/min下加热10℃/min。样品被加热到520℃,然后保持这个温度2h。

2.3.3 无机成分

炭样品使用自由II系列径向发射电感耦合等离子体光谱仪(ICP)进行了金属含量分析。第一次，样本在空气中600℃下燃烧4 h以去除碳。后来灰分用王水溶解并用水稀释。用已知的灰质量和稀释倍数可以确定木炭的金属含量。金属离子被转化为它们的金属氧化物并用它代表的木炭的百分比来计算。

2.3.4 GC–MS分析

Pakdel等人对油相进行了描述分析。这意味着先吸收的油在一克Taylor Mesh 80硅胶之上。先吸收的油被转移到装有15克硅胶的10毫米ID玻璃柱里。然后这个玻璃柱被8种150mL极性越来越强的吸提剂洗提。

洗提液是：石油醚、 75%石油醚 25 %二氯甲烷、50%石油醚 50 %二氯甲烷、25%石油醚 75 %二氯甲烷、 二氯甲烷、 乙酸乙酯、 甲醇和10％甲酸 90%甲醇。然后一部分在降压下用旋转式汽提器收集。样品收集后烘干称重。干燥的样品溶解在2毫升的洗提液，然后分析了惠普G1800AGCD。ABP1-PONA管(100%二甲基聚硅氧烷、0.15毫米(ID)，0.5 mu;m(薄膜)，50米(长度))被使用。GC柱被加热从50-10℃/min加热到250℃并保持15-25分钟。结果得到的定量GC-MS使用苄腈作为内部标准。通过实验误差和测量误差确定错误线(如规模不准确)。这两个误差值的组合结果是最后错误的数据点。

3 结果与讨论

3.1 温度对热解的影响

实验在18kP的压力、320-500℃的温度下进行。100克样品在plusmn;10℃/min进行加热。一旦达到所需温度，将样品保持在该热解温度60分钟。图2显示出3号入侵者植物在不同温度下的木炭产率。Scholtzbos，Kraalbos和Asbos木炭收率判定的实验误差范围是0.22-0.26％（重量），0.38-0.88％（重量）和0.64-1.02％（重量）。

图2显示植物物种之间的显着差异。观察到的主要差异之一是Asbos的高木炭产量。这很大的差异可能是因为其灰分含量非常高。Asbos原料的灰分含量为19.9％，而Scholtzb的原料为8.3％，Kraalbos为4.9％。曲线对应于Kraalbos和Scholtzbos有同样的变化趋势；但是Asbos在热解时表现不同。 由于它们的木质纤维素组合物几乎相同并且真空中加热反应条件相同，所以观察到Asbos木炭产量的不同趋势可归因于其高灰分含量。

图2 来自入侵者植物的真空热解的木炭的产率（重量百分比调整为水和无灰分）与温度的函数：（△）Asbos，（■）Kraalbos，（○）Scholtzbos

Kraalbos和Scholtzbos以及Asbos的温度分别从350℃和450℃分别降低。最初，连续热解温度之间质量损失很大，但在较高温度下，木炭产量的下降显着下降。对于Kraalbos和Scholtzbos，低温下焦炭的高产量表明该材料仅被部分热解。在较低温度下的重量损失可归因于木材中组分的释放热度最不稳定。这些从最不稳定到最稳定的顺序是：提取物（100-250℃），半纤维素和纤维素的无定形部分（210-350℃），纤维素和木质素（350-500℃）产生可燃气体和可冷凝液体焦油，木质素主要在500℃后分解，主要产生焦炭。 Asbos中高灰分含量的变化明确地改变了木炭产量的趋势。

图3给出了在实验误差下的真空热解生物油收益率与温度的关系。考虑到实验误差，Kraalbos和Asbos可以观察到油产量的一些显着差异（图3）。即使调整油产量以使灰分含量没有影响，Kraalbos仍然比Scholtzbos或Asbos高得多的最大油产量。这将支持灰分催化木材分解形成不可冷凝气体的假设，而不是有助于油产量的可冷凝长链蒸气。实际上，已经表明，木材的灰分和水分含量中的无机元素影响油的产率和来自热解的油的组成。这表明灰分含量的差异在某种程度上可能部分地对产量差异负责。这些以前的研究也表明，催化分解反应，这将导致形成更短的不可冷凝链，从而导致较低的产油量。

图3 来自入侵者植物的真空热解的油的产率（重量百分比调整为水和无灰分）与温度的函数：（△）Asbos，（■）Kraalbos，（○）Scholtzbos

值得注意的是，Kraalbos在比Scholtzbos或Asbos低得多的温度下达到最高的产油量。 虽然Kraalbos与Asbos属于同一科，具有类似的木质纤维素组成和最高的灰分含量，但另一个参数应该解释这些差异。 这表明，在他们的木材结构分解的不同方式， 提取物的存在甚至纤维素纤维取向影响油产量。 因此，最大油料产量温度的差异可能有很多原因。 即使这样，有趣的是，具有较高灰分含量的两个植物需要更高的温度来达到其最大的油收率温度。

图4显示了适合每种植物的出水量和相关的实验误差相对于温度的函数。Asbos的真空热解导致水的产量最高，在热解温度较低下达到70wt.%。

图4 来自入侵者植物的真空热解的水的产率（重量百分比调整为水和无灰分）与温度的函数：（△）Asbos，（■）Kraalbos，（○）Scholtzbos

Di Blasi et al.通过木材中钾与衲的热解来调查类碱性化合物的影响。木炭，水和二氧化碳的收集率大量增加。从热解产物的组成来看，Asbos、Kraalbos和Scholtzbos中氧化钾的含量分别为8.5wt.%、1.6wt.%、2.6wt.%。

在较低的热解温度下，形成较短的链长度不缩合的化合物。这是因为在系统中可用的能量较少，从木结构中释放化合物。与更长链的化合物相比，这导致更多的较短的链长化合物的释放更多，因为释放这些化合物比释放更复杂化合物所需要的能量少。初始热解过程的吸热性质也应导致较低的结构在较低温度下降解。较短的链长分子的较高的产率也可能是由于木结构在较低温度下降解。这些结构将由较不复杂的化合物组成，因此也将产生较低复杂性的化合物，因此沸点较低。

图5显示出可冷凝油在四个冷凝器中的质量分布（plusmn;0.02克）和根据温度不同测定来自Scholtzbos的真空热解的油产量。无焦油油品部分在常温罐里浓缩，第一个含水的部分特指含水相在第一个-10℃的冷凝器中，第二个在-10℃的冷凝器中，第三个与-78℃的冷凝器相关联。在干燥的初始基础上，一旦热解水相

剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

资料编号：[140320]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word

原文和译文剩余内容已隐藏，您需要先支付 30元 才能查看原文和译文全部内容！立即支付

以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。

您可能感兴趣的文章