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《西安石油大学》 2017年
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生物质催化转化为燃料油工艺研究

曹辉  
【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。
【学位授予单位】:西安石油大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TK6

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