生物油与重油共催化裂化的过程模拟及全生命周期评价
发布时间：2021-03-04 16:17
化石能源具有不可再生性,石油的低储量、高消费形势使石油资源的短缺问题日益严重。生物质作为唯一可再生碳源,被认为是一种清洁的可再生能源。通过快速热解可将低能量密度的生物质转化为高能量密度的生物油,实现了对生物质资源的最大利用,也让储藏运输更加便捷。将生物油与重油共催化裂化可以高效地利用生物油,为生物质的处理开辟合理的路径,缓解石油催化裂化原料短缺的问题,具有很好的经济和环境效益。本文首先对生物质流化床快速热解过程进行计算流体力学（Computational Fluid Dynamics,CFD）模拟,将CFD模拟结果与实验数据对比验证所建立的CFD模型,然后探究了在673 K、723 K、773 K、823 K、873 K、923 K、973 K、1023 K、1073 K九个热解温度下生物质热解产物的产率变化。模拟结果显示在823 K时,生物油产率最高,因此以该数据为基础构建Aspen Plus热解反应模型。通过构建Aspen Plus模型,建立了包括生物质预处理、流化床快速热解反应器、反应产物分离冷凝等模块的生物质快速热解过程流程模拟,将823 K的CFD热解模拟结果输入流化床快速热...
【文章来源】：西安石油大学陕西省
【文章页数】：57 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
反应途径示意图
第二章生物质快速热解流化床反应器的CFD模拟191/3234056780.13122-0.65003+11.11336-80.88137+318.81223-709.18003+892.86673-592.90692+161.69382bbbbbcpbpbbbbbcYYYYYYddYYYY=+(2-50)773K时：1/3234056780.12531-1.92229+30.01474-214.16915+820.39948-1778.14393+2184.13549-1416.317+376.87491bbbbbcpbpbbbbbcYYYYYYddYYYY=+(2-51)823K时：(())1/3201.0/16.276110.83825-4.43791bcpbbbpbcYYdYYd=+(2-52)873K时：(())1/3201.0/22.9249617.22186-4.70282bcpbbbpbcYYdYYd=+(2-53)923K时：(())1/3201.0/30.0275223.04-5.98713bcpbbbpbcYYdYYd=+(2-54)973K时：(())1/3201.0/34.8115622.51799-11.29332bcpbbbpbcYYdYYd=+(2-55)1023K时：(())1/3201.0/46.516634.85532-10.66087bcpbbbpbcYYdYYd=+(2-56)1073K时：(())1/3201.0/56.18141.505-13.675bcpbbbpbcYYdYYd=+(2-57)其中dp0是生物质的初始粒径。在不同温度下的颗粒缩径效果(dp/dp0)如图2-2所示了。显然，随着温度的升高，粒径减少的速率更快。图2-2不同温度下颗粒粒径的变化
西安石油大学硕士学位论文202.2模拟体系和设置该模拟体系是Xue等[59]报道的红橡木屑在鼓泡流化床内的快速热解，采用该模拟体系是由于试验和CFD模拟均有报道，且CFD模拟所需的大部分条件都得到了合理的提供。对流化床进行二维模拟，如图2-3所示。物理特性与模拟条件与本课题组先前的工作相同[60]，如表2-2所示。这些参数很好地描述了实验体系，并为之前研究中的同一模拟体系提供了合理的预测结果[57,61,62,59,63]。图2-3流化床的计算结构表2-2物理性质与模拟条件流化床宽，mm38.1高，mm342.9生物质入口中心高度，mm170生物质入口长度，mm7.3生物质相直径，μm325生物质密度，kg/m3400生物炭密度，kg/m3120生物质原料热容，J/(kg·K)1300生物炭热容，J/(kg·K)1100生物原料导热系数，W/(m·K)0.3生物炭导热系数，W/(m·K)0.1恢复系数0.97入口温度，K300入口流量，g/h100
【参考文献】：
期刊论文
[1]生物质快速热解制取生物油的研究进展[J]. 刘状,廖传华,李亚丽. 湖北农业科学. 2017(21)
[2]催化裂化装置分馏塔的Aspen模拟优化[J]. 闫雨. 广州化工. 2016(22)
[3]《植物纤维化学》精品资源共享课程建设之我见[J]. 徐永建,杜敏,李新平,李金宝. 纸和造纸. 2014(11)
[4]催化吸收稳定系统的模拟与分析[J]. 薄德臣,高景山,王阳峰,张胜中,张龙,霍姗,申龙涉. 当代化工. 2014(03)
[5]利用Py-GC/MS研究温度和时间对生物质热解的影响[J]. 李凯,郑燕,龙潭,朱锡锋. 燃料化学学报. 2013(07)
[6]生物质快速热解制油试验及流程模拟[J]. 王超,陈冠益,兰维娟,马文超. 化工学报. 2014(02)
[7]重油催化裂化装置能量优化研究[J]. 李秀琴. 中外能源. 2013(02)
[8]生物质热解制油系统性能分析[J]. 赵坤,肖军,沈来宏,瞿婷婷. 太阳能学报. 2012(11)
[9]催化裂化装置主分馏塔模拟方法研究[J]. 王如强,王广河,黄明富,段伟. 广东化工. 2012(07)
[10]Aspen Plus流程模拟软件在西安石化公司催化裂化装置上的应用[J]. 董练昌,徐柏祥. 石化技术与应用. 2011(04)
博士论文
[1]生物质热解油催化改性提质实验研究及全生命周期评价[D]. 党琪.浙江大学 2014
[2]生物质真空热解液化制生物油及真空化学活化制活性炭研究[D]. 杨素文.中南大学 2009
[3]生物质在流化床中热解过程的动力学数值模拟[D]. 王益群.中国科学技术大学 2008
硕士论文
[1]稻壳在流化床中快速热解制取生物油的实验研究[D]. 余阳阳.郑州大学 2016
[2]基于流股和单元的热力学物性建模和计算方法研究[D]. 龚文.浙江大学 2015
[3]生物质热解提质液体燃料综合评价研究[D]. 鲁梨.浙江大学 2015
[4]催化裂化装置能量系统分析与优化研究[D]. 沈琳.中国石油大学(华东) 2014
[5]催化裂化主分馏塔和吸收稳定系统的全流程模拟与优化[D]. 詹雪兰.华东理工大学 2014
[6]重油催化裂化装置用能分析及系统优化[D]. 任会姝.中国石油大学（华东） 2013
[7]生物质制液体燃料耦合系统模拟优化研究[D]. 刘炳俊.浙江大学 2012
[8]催化裂化主分馏塔模拟、优化与质量控制[D]. 王锐.中国石油大学 2011
[9]基于生命周期的替代汽车燃料方案的综合评价[D]. 朱丽娜.重庆大学 2006
[10]生物质热裂解制取生物油的试验研究[D]. 刘艳阳.吉林农业大学 2005
本文编号：3063519
【文章来源】：西安石油大学陕西省
【文章页数】：57 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
反应途径示意图
第二章生物质快速热解流化床反应器的CFD模拟191/3234056780.13122-0.65003+11.11336-80.88137+318.81223-709.18003+892.86673-592.90692+161.69382bbbbbcpbpbbbbbcYYYYYYddYYYY=+(2-50)773K时：1/3234056780.12531-1.92229+30.01474-214.16915+820.39948-1778.14393+2184.13549-1416.317+376.87491bbbbbcpbpbbbbbcYYYYYYddYYYY=+(2-51)823K时：(())1/3201.0/16.276110.83825-4.43791bcpbbbpbcYYdYYd=+(2-52)873K时：(())1/3201.0/22.9249617.22186-4.70282bcpbbbpbcYYdYYd=+(2-53)923K时：(())1/3201.0/30.0275223.04-5.98713bcpbbbpbcYYdYYd=+(2-54)973K时：(())1/3201.0/34.8115622.51799-11.29332bcpbbbpbcYYdYYd=+(2-55)1023K时：(())1/3201.0/46.516634.85532-10.66087bcpbbbpbcYYdYYd=+(2-56)1073K时：(())1/3201.0/56.18141.505-13.675bcpbbbpbcYYdYYd=+(2-57)其中dp0是生物质的初始粒径。在不同温度下的颗粒缩径效果(dp/dp0)如图2-2所示了。显然，随着温度的升高，粒径减少的速率更快。图2-2不同温度下颗粒粒径的变化
西安石油大学硕士学位论文202.2模拟体系和设置该模拟体系是Xue等[59]报道的红橡木屑在鼓泡流化床内的快速热解，采用该模拟体系是由于试验和CFD模拟均有报道，且CFD模拟所需的大部分条件都得到了合理的提供。对流化床进行二维模拟，如图2-3所示。物理特性与模拟条件与本课题组先前的工作相同[60]，如表2-2所示。这些参数很好地描述了实验体系，并为之前研究中的同一模拟体系提供了合理的预测结果[57,61,62,59,63]。图2-3流化床的计算结构表2-2物理性质与模拟条件流化床宽，mm38.1高，mm342.9生物质入口中心高度，mm170生物质入口长度，mm7.3生物质相直径，μm325生物质密度，kg/m3400生物炭密度，kg/m3120生物质原料热容，J/(kg·K)1300生物炭热容，J/(kg·K)1100生物原料导热系数，W/(m·K)0.3生物炭导热系数，W/(m·K)0.1恢复系数0.97入口温度，K300入口流量，g/h100
【参考文献】：
期刊论文
[1]生物质快速热解制取生物油的研究进展[J]. 刘状,廖传华,李亚丽. 湖北农业科学. 2017(21)
[2]催化裂化装置分馏塔的Aspen模拟优化[J]. 闫雨. 广州化工. 2016(22)
[3]《植物纤维化学》精品资源共享课程建设之我见[J]. 徐永建,杜敏,李新平,李金宝. 纸和造纸. 2014(11)
[4]催化吸收稳定系统的模拟与分析[J]. 薄德臣,高景山,王阳峰,张胜中,张龙,霍姗,申龙涉. 当代化工. 2014(03)
[5]利用Py-GC/MS研究温度和时间对生物质热解的影响[J]. 李凯,郑燕,龙潭,朱锡锋. 燃料化学学报. 2013(07)
[6]生物质快速热解制油试验及流程模拟[J]. 王超,陈冠益,兰维娟,马文超. 化工学报. 2014(02)
[7]重油催化裂化装置能量优化研究[J]. 李秀琴. 中外能源. 2013(02)
[8]生物质热解制油系统性能分析[J]. 赵坤,肖军,沈来宏,瞿婷婷. 太阳能学报. 2012(11)
[9]催化裂化装置主分馏塔模拟方法研究[J]. 王如强,王广河,黄明富,段伟. 广东化工. 2012(07)
[10]Aspen Plus流程模拟软件在西安石化公司催化裂化装置上的应用[J]. 董练昌,徐柏祥. 石化技术与应用. 2011(04)
博士论文
[1]生物质热解油催化改性提质实验研究及全生命周期评价[D]. 党琪.浙江大学 2014
[2]生物质真空热解液化制生物油及真空化学活化制活性炭研究[D]. 杨素文.中南大学 2009
[3]生物质在流化床中热解过程的动力学数值模拟[D]. 王益群.中国科学技术大学 2008
硕士论文
[1]稻壳在流化床中快速热解制取生物油的实验研究[D]. 余阳阳.郑州大学 2016
[2]基于流股和单元的热力学物性建模和计算方法研究[D]. 龚文.浙江大学 2015
[3]生物质热解提质液体燃料综合评价研究[D]. 鲁梨.浙江大学 2015
[4]催化裂化装置能量系统分析与优化研究[D]. 沈琳.中国石油大学(华东) 2014
[5]催化裂化主分馏塔和吸收稳定系统的全流程模拟与优化[D]. 詹雪兰.华东理工大学 2014
[6]重油催化裂化装置用能分析及系统优化[D]. 任会姝.中国石油大学（华东） 2013
[7]生物质制液体燃料耦合系统模拟优化研究[D]. 刘炳俊.浙江大学 2012
[8]催化裂化主分馏塔模拟、优化与质量控制[D]. 王锐.中国石油大学 2011
[9]基于生命周期的替代汽车燃料方案的综合评价[D]. 朱丽娜.重庆大学 2006
[10]生物质热裂解制取生物油的试验研究[D]. 刘艳阳.吉林农业大学 2005
本文编号：3063519
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