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紫茎泽兰是一种外来入侵物种,上世纪40年代由缅甸,越南等国传入我国。其传播速度快,侵占能力强,对我国西南地区的农业、林业、畜牧业以及自然生态环境造成了严重的危害,严重破坏生态平衡,破坏生物多样性。目前,主要通过人工机械、化学、生物手段进行紫茎泽兰防除,但实际效果不够理想。仅作为肥料和农药的耗量和产值较小的途径,缺乏规模化、产业化的空间。若能将紫茎泽兰作为生物质能源植物引入到能源产业中去,可同时解决生态环境危害和能源紧缺两大问题,达到一箭双雕的目的。
迄今,还未发现国内外有利用紫茎泽兰进行热化学转换来制备液态和固态产物的相关报道。根据以前的研究,脱氧液化反应被证明是一种极具优势的制备高热值燃油的热化学转化方法。反应得到到燃油组成明显区别于传统的热解反应制得燃油,具有高热值,低含氧量的优点。
本论文的目的是评估紫茎泽兰对脱氧液化反应的适应性。论文尝试将紫茎泽兰引入到实验室的脱氧液化反应体系中,评估其对脱氧液化反应的适用性。以下为论文的主要工作内容:
对紫茎泽兰叶、杆和全株三种原料的组成成分进行分析,叶的组成成分中的氮含量、水分、灰分,可提取物等含量较高。杆中的氧含量、固定碳及纤维素、半纤维素和木质素等含量较高。紫茎泽兰叶热值略高于紫茎泽兰杆。在375℃至500℃的六个温度点对三种原料进行了脱氧液化反应。紫茎泽兰叶的产油量在三种反应物中最高,在450℃时达到12.5%。紫茎泽兰杆和全株的最高产油量为5.14%和9.78%,燃油热值在39.0 MJ/kg至44.SMJ/kg,燃油氧含量在3.0%至7.5%之间。
论文还对燃油中烷烃、芳香烃、酚类、醛酮类、含氮化合物等五种化合物含量随反应温度的变化趋势。结果显示烷烃的含量均呈先升高而后下降的趋势,且都在450℃时达到最高点,燃油中芳香烃含量变化趋势和烷烃的变化趋势相反,呈现先下降后升高的趋势;且芳烃中的多环芳烃(PAHS)含量随反应温度的升高而显著上升;燃油中的酚类随反应温度的上升而缓慢升高,含氮化合物和醛酮含量随温度上升而呈逐渐下降的趋势。
另外,对反应固体产物和气体产物的分析显示,温度对反应生成的固体残渣量影响较小。残渣热值在19-23MJ/kg之间。反应生成的气体量随温度的升高而逐渐上升;不可燃气体CO2含量随反应温度升高逐渐下降,而可燃气体CH4含量逐渐上升;生成气体的热值也随着反应温度的升高而逐渐升高。通过对能量的总体分析发现,在脱氧液化反应体系中,约70%左右原料中能量转移到了产物中。
综上所述,通过本论文的研究显示,紫荆泽兰叶的脱氧液化紫茎泽兰对脱氧液化反应有很好的适用性。这将对今后紫茎泽兰的防除和利用提供一个行之有效的途径。