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生物质快速热裂解制取生物油及其后续应用研究

王琦  
【摘要】: 生物质快速热裂解技术容易实现连续化生产和工业化应用,可将生物质转化为液体燃料潜在替代品——生物油,成为当今世界可再生能源发展领域中的前沿技术之一。然而影响热裂解的因素很多,产物生物油难以直接利用,都成为制约生物质快速热裂解技术商业化发展的主要瓶颈。基于此本文结合国家重点基础研究发展计划项目和国家自然科学基金项目,对生物质快速热裂解制取生物油及其产物的后续应用进行了较为系统的研究。 生物质原料的种类直接影响热裂解液化最终的产物分布,综合我国生物质资源的种类和分布特点与经济可行性的考虑,选取了四类生物质中7种典型生物质物料作为研究对象,通过元素分析、工业分析、组分分析、热裂解动力学分析和热重红外联用分析等方法,对不同种类生物质自身的物理化学性质进行剖析,并研究其在惰性气氛下的热裂解行为,对热裂解产物进行了初步判断和分析。 在给料量5Kg/h的小型生物质流化床快速热裂解试验系统上研究了不同喷淋介质对生物油产率和性质的影响,L型异构烷烃是一种比较理想的喷淋介质,与生物油掺混后迅速分层并对生物油成分影响较小,同时喷淋冷凝可以在一定程度上提高生物油的产率。利用流化床快速热裂解试验系统研究得出了生物质快速热裂解过程中反应条件和生物质种类对生物油产率的影响规律,并进一步对生物质热裂解产物的特性进行了分析,在对生物油进行理化特性分析的基础上,利用分子蒸馏技术对生物油进行分馏预处理,分析了生物油的蒸馏特性。同时对生物质热裂解生成的焦炭的物理性质和自身的孔隙结构进行了分析,结果表明生物质热裂解焦炭本身已经具有初步的孔隙结构,具有制备活性炭的条件。 生物油与柴油乳化合成乳化燃料是近期促成生物油部分替代动力燃料的有效方法,通过对生物油模型化合物的乳化研究开展了乳化燃料配方的初步探索,进一步试验确定了适合生物油乳化的乳化剂配方,并分析了生物油保存时间和收集方式等因素对乳化效果的影响,同时对不同种类生物质热裂解生物油在较佳乳化剂配方下进行了乳化试验,分析了乳化燃料的乳化性能以及相应的理化性质。在试验研究的基础上,对乳化燃料进行了拟三元相图模拟与燃烧特性模拟计算,为生物油乳化燃料的经济利用和优化乳化配方提供一定的参考。


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