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生物质热裂解制油机理试验研究及流化床闪速热裂解装置设计

洪军  
【摘要】: 生物质能的应用技术开发和研究可缓解当前常规能源的有限性。大力开发生物质的热裂解制油技术,可将低品位的生物质能转化成高品质的、高能量密度,清洁、无污染而且二氧化碳排放为零的生物油液体燃料。不仅有利于改善我国目前广大农村地区商品能源紧张的局面,提高农村生物质能的利用效率,为农村地区因地制宜地提供清洁方便能源,而且有利于改善我国目前以化石燃料为主的能源生产和消费结构。本文基于这个目的,对生物质闪速热裂解制取生物油机理进行系统的试验和理论研究。 本文首先从生物质各类液化技术研究进展出发,系统地综述了国内外近几年来现有的闪速热裂解制取生物油的各种技术,并在此基础上,自行开发研制出生物质热裂解机理性试验台,开展了基于纤维素原料的生物质热裂解行为的机理实验研究,得出了反应温度和停留时间的变化对热裂解产物的影响,并分析了这两个最主要工况参数的影响机理。为进一步深入了解生物质热裂解的机理奠定了基础。 本文建立了基于上述机理性试验台的纤维素热裂解机理模型。模型综合了纤维素热裂解动力学模型(本文采用改进的Broido-Shafizadeh模型)以及传热传质模型。模型考虑了纤维素在热裂解过程中孔隙率变化,以及内外压力差引起的对流传质,并在此基础上,进行了相应的计算。模型计算出了各个组分随时间和反应温度变化的趋势,得出了纤维素热裂解时反应温度对热裂解行为的影响机理。并在此基础上与试验结果进行了比较和分析。为进一步完善机理性试验台有一定的借鉴和参考作用。 本文还分析了通过试验所制得的生物油的物理和化学特性,并结合工况参数分析了它们对生物油理化特性的影响规律。指出生物油出于存在高含氧量、高水分含量等原因还需进行改性才能投入应用。并且率先在国内提出了适合于GC-MS分析的生物油的量化预处理方案(液—液萃取分离法),得出了各个组分(酸组分、碱组分、极性中性组分以及碳氢组分)在生物油中所占的份额,并对预处理所得的各个组分分别进行了GC-MS分析,鉴定出了上百种化学成分。对今后生物油改性及其应用具有重要参考价值和实际意义。 浙江大学硕士学位论文Ill 本文最后设计出了符合生物质特性和闪诬热裂解特征的、以流化床反应器为 主体的生物质闪速热裂解制取生物油的试验装背。并且重点阐还热裂解制汕系级 中最重要的两个部分反应器和冷凝器的具体设计过程和方法,描述了整个热裂解 制油系统的气、液、固相的各个流程走向。还结合相关文献介绍了目前生物油的 主要几个应用。并在此基础上,对生物油应用前景进行了展望。


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