生物质快速热解制油工艺分析及油品改质实验研究

摘要

生物质能源的合理开发和高效利用对优化我国能源结构,节能减排与环境保护具有重要意义。生物质油经改质升级可作为发动机燃料使用。生物质热解制油是指生物质原料在隔绝空气、常压、高加热速率、短气相停留时间和适中的裂解温度条件下,瞬间脱出挥发分,得到的热解蒸汽迅速冷凝产出油质液体的反应过程。本研究利用自制的10kg/h流化床热解实验装置进行玉米秸秆热解制油过程的实验研究与分析,着重分析了反应温度对生物质油和气体产物的影响,并进行了玉米秸秆热解动力学分析、热解流程模拟、生物质油减黏加氢改质的实验研究。
　　玉米秸秆热重实验结果表明:110℃之前是以脱出水分为主的缓慢热解阶段;250~400℃之间为热失重70wt％左右的快速热解过程,330~360℃左右出现了最大反应速率;而大于400℃时,原料处于缓慢热解的状态。通过基于 Arrhenius一级反应方程构建的原料热解动力学模型分析,发现生物质的热解机理随着反应速率的增加有改变的趋势,趋势方向是由一级反应向二级反应方向发展。
　　在实验室自制的流化床热解实验装置上进行了玉米秸秆热解制取生物质油的实验研究,并推导了实验参数的计算方法及最佳反应温度数学模型。在实验过程中分析了温度对热解效果的影响,发现随着热解反应温度的升高,固体产物的产率一直呈下降趋势,而气体产物产率呈上升趋势,其中CO和CO2的生成量具有互补的规律性。在550℃的反应温度时,生物质油的产率达到42.5wt%的极值。
　　利用Aspen Plus流程模拟软件,建立了适合生物质热重实验的模拟流程,及基于Jasen快速热解动力学模型建立了生物质快速热解制油模拟流程,并进行了工况研究与误差原因分析。计算结果表明,该模拟流程能较好的反应生物质常压快速热解制油的工艺过程。
　　针对得到的生物质油具有高运动黏度和高含氧量的特点,利用实验室自制的高压反应釜,分别设计了减黏实验和有供氢溶剂存在条件下的加氢实验。在150℃、1.0MPa的反应条件下,生物质油在40℃、50℃、80℃、100℃下的运动黏度均降低了45%左右。将减黏油与四氢化萘以1:1的质量比例进行混合,利用高压反应釜在不同反应温度和反应压力条件下进行轻度加氢脱氧反应,在350℃、5MPa的反应条件下,生物质油的含氧量由48.8wt%降低到14.28wt%。通过模拟蒸馏分析,发现改质油的沸点分布较原生物质油发生变化,50wt%馏分收率对应的温度点较原生物质油降低了57%。

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第一章 绪论

1.1引言

1.2生物质能概述

1.3 生物质能转化利用技术综述

1.4 本文研究内容

第二章 生物质热解制油技术及油品改质研究现状

2.1生物质热解工艺

2.2热解产物及其应用

2.3生物质油产率的影响因素

2.4生物质油改质方法

2.5本章小结

第三章 生物质快速热解制油实验研究

3.1生物质原料特性

3.2实验装置与实验参数

3.3结果与讨论

3.4最佳反应温度数学模型

3.5本章小结

第四章 生物质热解动力学参数求解与分析

4.1热解动力学研究现状

4.2热解动力学模型的建立

4.3动力学参数求解与分析

4.4模型验证

4.5本章小结

第五章 生物质热解工艺流程模拟

5.1流程模拟软件及其在生物质热化学转化领域应用现状

5.2生物质热解工艺流程模拟

5.3热解制油工艺流程模拟

5.4本章小结

第六章 生物质油改质实验研究

6.1减黏实验

6.2减黏油加氢实验

6.3红外分析与模拟蒸馏

6.4本章小结

第七章 结论与展望

7.1结论

7.2展望

参考文献

发表论文和科研情况

致谢