生物质催化转化为燃料油工艺研究

摘要

在能源和环境的双重压力下，生物质能的开发利用逐渐得到重视，热解技术是开发利用生物质能的基础。本论文采用热重分析仪对橙皮、核桃青皮、麦秆、木屑和桐叶等五种生物质材料进行热解实验，分别研究了预处理方法（酸洗、碱洗和双氧水氧化）对生物质材料元素含量分布及其热解过程的影响，同时考察了气化催化剂对生物质材料热解过程的影响，研究结果如下：
　　不同的预处理方式对生物质的热解过程影响不同。酸洗法能够清除生物质颗粒空隙中的灰分组分，疏通孔道，有利于挥发分的逸出；碱洗法可以打断木质素与半纤维素之间的酯键，从而去除木质素，减小C/H比，降低气化产物中焦炭的含量；双氧水与纤维素、半纤维素发生氧化作用，降低生物质样品的聚合度，降低C/H比，提高挥发分的含量。
　　通过对特定浓度预处理剂处理之后生物质的TG和DTG曲线分析，生物质气化过程大致分为三个阶段：水分析出、挥发分析出与燃烧、焦炭燃烧与燃尽。酸洗、碱洗和双氧水处理均能对生物质颗粒的热解产生一定的影响。综合比较上述三种预处理方式，酸洗能改变生物质材料热解产物分布，增加挥发分的含量，降低焦炭含量，是较为理想的预处理方式。
　　相较于CaO而言，气化催化剂K2O-MgO/SnO2-Fe2O3-Al2O3热稳定性较好，由SEM图可以得出，活性组分均匀地负载在金属载体SnO2-Fe2O3-Al2O3上，分散程度较好；物理吸附表明气化催化剂比表面积较大，为生物质气化提供了较大的接触面积；化学吸附曲线表明气化催化剂有两个较强的碱性位点；从 XRD图谱中可以明显看出 K2O、SnO2、Al2O3的衍射特征峰。样品与负载在载体上的活性组分发生反应，有效的降低了气化反应的活化能，使得气化反应温度有所降低，反应条件更加温和。
　　热解气催化制备燃料油的连续化工艺主要包括原料预处理工艺、主体反应工艺、产物分离提纯工艺三部分构成。生物质原料经过前期清水洗涤、烘干、粉碎、酸洗、水洗、烘干等步骤，使生物质原料达到气化反应所需的条件；将上述原料通过螺旋进样器通入到气化炉中，通入气化剂水蒸气，在一定的温度、压力下，使得生物质颗粒热解为气化气，热解气经过旋风分离器、脱硫、脱氮等工艺，除去热解气中的杂质，将合成气通入到水蒸气转化塔中调节CO和H2的比例，之后将合成气通入费脱合成塔，经过产物分离，合成液体燃料。
　　论文采用 ASPEN PLUS化工流程模拟软件建立模型，探索出生物质催化制备燃料油工艺的最佳操作条件，分别为原料进料速率为3t·h-1、预处理剂为7％硝酸、升温速率为10℃/min、粒径为1mm、催化剂用量为10%、停留时间为6s。

目录

声明

第一章 绪论

1.1课题研究的背景及意义

1.2生物质催化制备燃料油国内外研究进展

1.3生物质及生物质能的开发利用

1.4研究主要内容及技术路线

1.5创新点

第二章 预处理方式对生物质原料热分解行为的影响

2.1前言

2.2实验部分

2.3结果与讨论

2.4本章小结

第三章 催化剂作用下酸洗处理后不同种类生物质原料热分解行为的研究

3.1前言

3.2实验部分

3.3结果与讨论

3.4催化剂表征

3.5本章小结

第四章 热解气催化制备燃料油的连续化工艺设计

4.1前言

4.2原料预处理工艺

4.3主体反应部分工艺

4.4产物分离提纯工艺

4.5热解气催化制备燃料油的连续化工艺设计

4.6装置的可行性

4.7工艺分析

4.8本章小结

第五章 基于Aspen plus模拟生物质催化制备燃料油工艺

5.1前言

5.1气化模型

5.2物料组成及气化条件

5.3模拟结果与讨论

5.4本章小结

第六章 结论、不足及展望

6.1结论

6.2不足

6.3展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文