秸秆种类和反应温度对热解生物油成分影响的试验研究

【摘要】：生物质能可作为矿石燃料的替代能源,具有可再生、碳平衡,储量大、污染小等特点。生物质热裂解液化技术作为一种非常有前景的热化学转化技术,可将低能量密度的农业废弃物转化为易存储、易运输且能量密度高的生物油,受到国内外学者和工业界的广泛关注和重视。基于国内外在生物质快速热解制生物油方面的研究进展,本研究设计、制作了一套固定床生物质热裂解液化装置用于研究生物质原料种类与及热裂解反应温度对生物油成分的影响,对于加深认识生物质快速热解液化机理具有一定的指导意义。为达到研究目的,自制了一套固定床生物质热裂解液化装置,主要包括惰性载气、固定床反应器、加热装置和温控系统、数据采集和监测系统、冷凝装置、生物油收集装置等部分。搭建试验台并对其进行了运行调试,结果表明装置设计合理、性能可靠,完全可以满足试验要求。在该装置上开展了生物质热裂解液化实验研究,重点分析了原料种类和反应温度对生物油成分的影响规律。试验物料选用平均粒径为0.925mm的玉米秸、麦秸和棉秆,热裂解温度为400℃、450℃、500℃和550℃。在试验考察范围内,对热裂解液体和固体产物进行了分析,如生物油含水率、化学成分分析,固体残炭元素分析和形态表征。得到了以下结论:(1)在400~550℃温度范围内,随着热裂解温度增加,玉米秸、麦秸和棉秆三种生物质原料热裂解生物油的平均产率呈先上升后下降的趋势。热裂解温度为500℃时,生物油的平均产油率最高。(2)热裂解温度对生物质热裂解生物油的化学成分影响显著。每种生物油都存在自己独有的化合物并且含量也有一定的差别。原料种类对生物油的化学成分以及含量的影响比较显著,玉米秸热裂解油中以酮类物质最多,酸类次之,麦秸和棉秆热裂解油中酸类物质居多,酮类物质次之。(3)热裂解残炭中碳含量很高;残炭表面裂缝随着温度的升高变得越大,残炭结构也更加松散,并有热裂解碳粒子沉淀其中。在550℃时残炭裂缝最大,孔隙结构也最为松散。 【关键词】：生物质 热裂解 固定床反应器 温度 生物油 残炭
【学位授予单位】：山东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK6
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-23
• 1.1 课题研究的背景9-14
• 1.1.1 当今能源问题9-10
• 1.1.2 生物质能的概述10-11
• 1.1.3 生物质转化利用技术11-14
• 1.2 生物质热裂解液化技术14-17
• 1.2.1 生物质热裂解液化的原理14-15
• 1.2.2 生物质热裂解液化的工艺流程15
• 1.2.3 生物质热裂解的反应机理15-16
• 1.2.4 生物质热裂解的影响因素16-17
• 1.3 国内外生物质热裂解液化的研究17-20
• 1.3.1 国外常用的热裂解反应器类型17-20
• 1.3.2 国内生物质热裂解试验研究20
• 1.4 本课题来源、研究内容及意义20-22
• 1.4.1 课题来源20
• 1.4.2 研究内容20-21
• 1.4.3 研究意义21-22
• 1.5 本章小结22-23
• 第二章 固定床生物质热裂解液化装置的设计及性能测试23-38
• 2.1 生物质热裂解液化装置的整体设计23-24
• 2.2 生物质热裂解液化装置主要部件设计24-35
• 2.2.1 反应器的设计24-27
• 2.2.2 反应器台架的设计27-28
• 2.2.3 温控系统的设计28-30
• 2.2.4 冷凝装置的设计30-31
• 2.2.5 数据采集系统的设计31-35
• 2.3 部分试验装置的性能测试35-37
• 2.3.1 反应器的升温试验35-37
• 2.3.2 反应器密封性检测37
• 2.4 本章小结37-38
• 第三章 生物质快速热裂解液化试验38-49
• 3.1 试验设备38
• 3.2 试验原料38-42
• 3.2.1 生物质原料的备制38-39
• 3.2.2 生物质原料特性分析39-42
• 3.3 试验方案42-45
• 3.3.1 试验因素及水平的确定42
• 3.3.2 试验方法与操作步骤42-44
• 3.3.3 热解试验44-45
• 3.4 试验结果与分析45-48
• 3.4.1 生物质热裂解制取的生物油45
• 3.4.2 生物油的测试方法与仪器45-48
• 3.5 本章小结48-49
• 第四章 不同生物质热裂解液体产物的分析49-67
• 4.1 生物油的产率49-51
• 4.2 生物油的含水率51
• 4.3 生物油的化学成分分析51-63
• 4.3.1 玉米秸热裂解生物油的GC-MS分析52-55
• 4.3.2 麦秸热裂解生物油的GC-MS分析55-59
• 4.3.3 棉秆热裂解生物油的GC-MS分析59-63
• 4.4 不同生物质热裂解生物油化学组分的对比分析63-66
• 4.5 本章小结66-67
• 第五章 不同生物质热裂解固体残炭的分析67-73
• 5.1 热裂解残炭的元素分析67-68
• 5.2 热裂解残炭的形态表征68-72
• 5.3 本章小结72-73
• 第六章 全文总结及建议73-75
• 6.1 全文总结73
• 6.2 下一步工作建议73-75
• 致谢75-76
• 参考文献76-80
• 攻读硕士学位期间公开发表的研究成果80

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