生物质快速热解制取生物油试验研究

摘要

能源匮乏与环境污染问题越来越引起全世界的关注，因此寻找可再生的清洁能源成了社会发展的必然趋势。生物质能的储量巨大且是唯一可再生的碳源，它可以通过热化学的方法转化为能量密度大且便于输送的生物油，为人们的生产生活提供能量来源。
　　本文利用自制的流化床快速热解试验装置，以稻壳为原料研究了多种因素对其快速热解的影响，寻求生物油产率最大的工艺条件。
　　首先，根据预定的处理量对试验装置进行设计，包括流化床热解反应器、旋风分离器、冷凝器、进料装置、加热装置等。根据设计结果制造、安装并调试试验装置。
　　其次，对试验用稻壳进行成分分析，测得绝干稻壳的挥发分和灰分的含量分别为66.43％和17.03％;对稻壳做热重分析，得知其热解分为脱水、裂解和炭化三个阶段，360℃时失重率最大;对粉碎后的稻壳粒径进行分析，得知其粒径大多在0.2～0.45mm之间。
　　再次，进行了稻壳快速热解的单因素试验研究，考察了反应温度、载气流量、进料速度和颗粒粒径对稻壳热解的影响。试验显示，在反应温度520℃、载气流量22m3/h、进料速度1177g/h时生物油产率最大，小粒径有利于提高生物油产率，但当粒径在20目以下时效果不明显。对最高产率条件下产生的生物油做GC-MS分析，分析结果显示生物油是一种含有有机酸、酮、醛、酯、酚以及其它杂环类化合物的复杂混合物，含氧量较大，需要经过进一步处理。
　　最后，对稻壳快速热解进行了响应面优化试验研究。选取生物油产率为响应值设计了三因素（反应温度、载气流量和进料速度）三水平的响应面试验，分析了各个因素间的交互影响。得出最优工艺条件为反应温度531.83℃、载气流量23.88m3/h、进料速度1176.16g/h，然后在此条件下进行了三组平行试验，结果显示三组平行试验的平均生物油产率为41.87％，与预测的42.84％基本吻合。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 生物质能概述

1．1．1 生物质能简介

1．1．2 生物质能的特点

1．2 生物质能的利用途径

1．2．1 生物质物理转化

1．2．2 生物质化学转化

1．2．3 生物质生物转化

1．3 生物质快速热解液化研究进展

1．3．1 生物质热解机理简介

1．3．2 影响生物质热解产物组成的因素分析

1．3．3 生物质热解设备研究进展

1．4 选题的背景及意义

1．5 本课题的研究内容

1．6 本课题的创新点

2 生物质快速热解装置设计

2．1 生物质快速热解流程简介

2．2 流化床热解反应器设计

2．2．1 流化床热解反应器设计的基本参数

2．2．2 流化床热解反应器结构设计

2．3 旋风分离器设计

2．3．1 旋风分离器的尺寸结构

2．3．2 入口速度计算

2．3．3 分离的临界粒径与分割粒径

2．4 冷凝器设计

2．4．1 冷凝器参数

2．4．2 总换热量计算

2．4．3 总传热系数计算

2．4．4 冷凝管长度计算

2．5 预热部分设计

2．5．1 预热部分功率计算

2．5．2 预热部分结构设计

2．6 进料装置设计

2．7 其它组件

2．8 本章小结

3 生物质快速热解试验研究

3．1 热解系统简介

3．2 热解原料的分析

3．2．1 稻壳的组成成分分析

3．2．2 稻壳的热重分析

3．2．3 粉碎后稻壳的粒径分布

3．3 螺旋输送机进料速度测定

3．4 试验操作步骤

3．5 产物的分析检测方法

3．5．1 固体焦炭的挥发分分析

3．5．2 固体焦炭的灰分分析

3．5．3 生物油的分析

3．6 生物质快速热解的单因素试验研究

3．6．1 试验所需的仪器设备

3．6．2 试验的参数指标

3．6．3 反应温度对生物质热解的影响

3．6．4 载气流量对生物质热解的影响

3．6．5 进料速度对生物质热解的影响

3．6．6 颗粒粒径对生物质热解的影响

3．7 生物油产品检测

3．8 本章小结

4 生物质快速热解响应面优化试验研究

4．1 响应面优化简介

4．2 响应面试验设计

4．3 回归模型及方差分析

4．4 响应面结果分析

4．5 最优工艺条件验证

4．6 本章小结

5 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

个人简历

致谢