生物质热解多级冷凝及其产物性能分析

摘要

生物质能源作为一种绿色洁净的可再生能源对解决能源危机和环境问题具有重要意义。生物质热解转化成炭、生物油和可燃气，是生物质利用的一种重要方法。热解挥发物的冷凝温度对生物油产率、组分和品质具有很重要的影响。分级冷凝是指热解挥发物冷凝按不同温度区间冷凝，分别收集的一种方法。本文研制了的多级冷凝器对油茶果壳和稻壳热解挥发物进行多级冷凝，实现了生物油的粗分离。通过对生物油进行理化特性、燃烧特性和化学成分分析，评价多级冷凝器的冷凝效果，具体研究结果如下：
　　对多级冷凝实验得到的生物油的产量和生物油得率进行了分析，结果表明，油茶果壳和稻壳生物油得率基本相等，约为30％，两种物料都是在玻璃冷凝器中收集到的生物油量最大，超过80%，但绝大多数为木醋液，过滤器收集到的生物油量次之，前四级不锈钢冷凝器中，第三级收集到的生物油的量最大，其余三级收集到的量无明显差别。
　　对生物油的理化特性分析发现：除木醋液外，其余生物油含水率和酸度得到了降低，热值明显升高，稻壳生物油的热值整体高于油茶果壳生物油的热值；采用Andrade方程、乘幂方程和Vogel方程对粘度实验值进行拟合，发现Vogel模型与生物油粘度随温度变化趋势更接近，通过Vogel方程的微分曲线来探究温度对生物油粘度变化速率的影响，结果表明，在30℃~60℃，生物油粘度越大，粘度对环境温度越敏感，环境温度越低生物油粘度对温度越敏感；生物油粘度的下降速率随环境温度增大而减小，在30℃~40℃生物油的粘度下降速率急剧减小，油茶果壳生物油粘度下降速率在低温下受温度影响更大。
　　通过GC-MS测试了生物油的化学组成并进行分析。随冷凝温度的降低得出以下结论：生物油的组分趋于简单；酚类物质的比重减小，酮类、呋喃等物质的比重逐渐增加；生物油的平均相对分子质量和平均沸点随冷凝温度的降低而减小，平均相对分子质量受冷凝温度影响更大。C10以上的物质主要在165℃以上冷凝。虽然多级冷凝器对化学成分分离效果有待加强，但基本实现生物油的粗分离，且各级生物油的理化性质差异较大。
　　通过热重分析了生物油燃烧过程和燃烧性能，结果表明，油茶果壳生物油在空气条件下燃烧的四个阶段中，第三阶段失重量最小，第一阶段失重量与生物油中轻质组分含量有密切关系。冷凝温度为120℃以下和过滤器生物油可燃性能、燃尽性能和综合燃烧性能很差；前四组对比，冷凝温度为165℃~185℃生物油的可燃性能、燃尽性能和综合燃烧性能较差；冷凝温度为185℃以上和140℃~165℃生物油的可燃性能、燃尽性能和综合燃烧性能都比较好。

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1 前言

1.1 能源发展背景

1.2 生物质能现状

1.3 生物质利用技术及发展现状

1.4 热解挥发物冷凝

1.5 本文主要研究内容

2 生物质冷凝实验装置及原料

2.1 理论基础

2.2 实验装置

2.3 实验原料测试方法与结果

2.4本章小结

3 生物质热解挥发物冷凝实验

3.1 实验概述

3.2 实验方法与步骤

3.3 连续热解冷凝实验产物分析

3.4本章小结

4 生物油理化特性分析

4.1 生物油水分和热值

4.2 生物油pH测试方法

4.3 生物油粘度测量

4.4本章小结

5 生物油化学组成和热重分析

5.1 生物油化学组成

5.2 生物油热重分析

5.3本章小结

6 结论与讨论

6.1 结论

6.2论文创新点

致谢

参考文献

附录