基于气相放电等离子体反应技术的生物油加氢提质试验研究
发布时间：2022-02-15 22:35
将生物质转化为液体清洁燃料,可作为石化燃料的良好替代品。生物质快速热解液化制取的生物油存在含氧量大、热值低和酸性强等缺点,很难直接应用在发动机上,需要对其进行提质,而催化加氢能够有效的降低生物油的含氧量,提高热值,增加稳定性,因而受到国内外学者广泛的关注,也成为近年来生物油提质领域的研究热点。目前生物油催化加氢提质的主要障碍为生物油的热敏性与高温高压的苛刻加氢反应条件存在矛盾。气相放电低温等离子体具备低温反应活性,气相放电低温等离子体反应技术为解决上述矛盾提供了一条新的可行途径。本文针对生物油催化加氢提质过程中存在的催化剂结焦失活、反应器堵塞等问题,基于气相放电等离子体反应原理设计了针-板介质阻挡放电加氢反应器,探讨了负载峰值电压、气隙间距、液相高度和电极数量等参数对反应器工作特性的影响规律。在此基础上,以模拟生物油为原料,氢气为供氢体,进行了生物油加氢提质的研究。通过单因素试验,探讨了模拟生物油脱氧率和高位热值随工作电压、气体流量和反应时间的变化规律;采用Box-Behnken中心组合多因素正交试验及响应面分析法,以脱氧率为指标,建立了工作参数优化模型;通过试验及理论分析的方法评价了...
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
气相放电等离子体加氢反应器结构示意图
基于气相放电等离子体反应技术的生物油加氢提质试验研究10反应器由石英玻璃制成，其中反应器主体为外径90mm，壁厚3mm，高30mm的玻璃杯，杯中心设有外径46mm，壁厚3mm，高15mm的反应釜，底部开有4个直径2mm孔洞作为液相反应物流通孔。反应釜主要用于分割放电反应区与液相蒸发回流区，工作时配合放电热效应，实现液相反应物的反应-蒸发-回流工作循环，并避免部分生物油过度的加氢反应，部分未反应的情况出现。高压电极为长150mm，直径2mm的钨针，通过铝箔相互连接，低压电极为厚度0.3mm的铝箔。等离子体电源正极与高压电极1相连，负极与低压电极7相连并接地。工作时，氢气从进气管8进入反应器，在反应区9被交变高压电极电离产生介质阻挡放电。生物油DBD加氢反应器性能测试系统如图2.3所示，包括供气单元、供电单元、冷凝单元、反应单元四个功能单元和检测仪器及电路，其中供气单元包括气瓶1、减压阀2和流量计3，反应单元为DBD加氢反应器4，冷凝单元为冷凝器5，供电单元为高压交流电源6，检测仪器主要包括示波器7、光谱仪8和电脑9。图2.3生物油DBD加氢反应器性能测试系统Fig.2.3Bio-oilDBDhydrogenationreactorperformancetestsystem2.3气相放电等离子体加氢反应器工作特性研究为了了解DBD加氢反应器放电时的工作特性，在进行生物油加氢提质前，采用如图2.3所示的DBD加氢反应器性能测试系统对装置的幅频特性、负载特性等工作性能展开了研究，以便优化反应器结构参数，优选操作参数。2.3.1测量仪器及方法根据示波器获得的Q-VLissajous图形计算装置工作时的负载等效电容和放电功率等
基于气相放电等离子体反应技术的生物油加氢提质试验研究12由图2.4可见，随着频率的增加，3种输入电压下的负载峰值电压均先增大后减小，呈现明显的串联谐振特性。在输入电压为20V、30V和40V时，其谐振频率分别为9.53kHz、9.25kHz和9.01kHz，表明随着输入电压的增加，装置的谐振频率逐渐降低，且在谐振频率处负载峰值电压最大，因而在后续的试验过程中，应调节电源频率使其在谐振频率处工作，以提升能量传输效率。2.3.3介质等效电容和气隙等效电容DBD在放电过程中呈现放电与熄灭不断循环交替的过程，从示波器输出的Q-VLissajous图形可以分析装置在一个放电周期内的具体工作情况。图2.5是放电装置试验获得的一个Q-VLissajous实测图形，图形整体近似平行四边形，其中A→B（或C→D）段为熄灭阶段，电源向电容充电，B→C（或D→A）段为放电阶段，气隙被击穿，气隙等效电容Cg为零，故而可根据Q-VLissajous图形计算得到气隙等效等容Cg和介质等效电容Cd，了解装置的负载特性。图2.5放电装置Q-VLissajous图形Fig.2.5DischargedeviceQ-VLissajousfigure如图2.3所示，记U为放电装置工作时的负载峰值电压，Cm为取样电容，k为电容C1和电容C2的分压比，f为电源工作频率，Cd、Cg和C分别为反应器介质等效电容、气隙等效电容和负载总电容，其中Cd、Cg和C关系如式（2.1）所示。CCC111gd(2.1)介质等效电容Cd和回路负载总电容C可根据如图2.5所示的Q-VLissajous图形顶点坐标（Uxn，Uyn）计算得到，计算公式如式（2.2）和式（2.3）所示，将求得的Cd和C值带入式（2.1）可计算出气隙等效电容Cg[43]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]响应面法优化大豆豆荚甾醇提取工艺的研究[J]. 诸爱士,金志强,潘明纬,黄鑫磊,李嘉雄,石嫣雯. 中国粮油学报. 2020(04)
[2]低温等离子体协同催化剂降解甲醛气体研究进展[J]. 梁煜,李茹,李青. 当代化工. 2020(02)
[3]响应面法优选黄芩苷水提工艺[J]. 翟阳,赵渤年. 当代化工. 2020(02)
[4]激光和等离子体处理对复合材料表面涂层附着力的影响研究[J]. 汤朋,汪洋,曹东萍,高立新,周甘华,朱浩,刘秀生. 涂料工业. 2019(12)
[5]等离子体技术在环境保护中的应用研究[J]. 施明才. 环境与发展. 2019(01)
[6]影响石油产品运动粘度准确测定因素探究[J]. 王流忠. 化工管理. 2019(02)
[7]生物质热解制生物油及其提质研究现状[J]. 牛淼淼,杨佳耀,李尚,孙可,曹坚,李欣阳. 生物质化学工程. 2018(05)
[8]气-液两相放电加氢精制生物油的试验研究[J]. 赵卫东,黄健泉,倪康,张潇尹,赖志豪. 石油与天然气化工. 2017(03)
[9]生物油含氧化合物加氢脱氧反应机理研究进展[J]. 徐冬梅,纪道玉,孟凡禹,张华倩,聂小雷,刘迪. 生物质化学工程. 2017(03)
[10]生物油性质及分离纯化的研究进展[J]. 方丽娜,陈宇,刘娅,丁冉冉,吴玉龙,杨明德. 广州化工. 2015(06)
硕士论文
[1]基于介质阻挡放电反应技术的生物柴油选择性加氢提质试验研究[D]. 张潇尹.江苏大学 2019
[2]生物油模型化合物加氢转化工艺模拟研究[D]. 王凯.郑州大学 2018
[3]基于气体-液体两相放电技术的生物油加氢精制试验与理论研究[D]. 黄健泉.江苏大学 2017
[4]原位供氢条件下以糠醛为生物油模型化合物的加氢脱氧研究[D]. 伏朝林.中国科学院大学(中国科学院过程工程研究所) 2017
[5]低温等离子体技术在高分子材料表面改性中的应用研究[D]. 徐彪.南京理工大学 2008
本文编号：3627393
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
气相放电等离子体加氢反应器结构示意图
基于气相放电等离子体反应技术的生物油加氢提质试验研究10反应器由石英玻璃制成，其中反应器主体为外径90mm，壁厚3mm，高30mm的玻璃杯，杯中心设有外径46mm，壁厚3mm，高15mm的反应釜，底部开有4个直径2mm孔洞作为液相反应物流通孔。反应釜主要用于分割放电反应区与液相蒸发回流区，工作时配合放电热效应，实现液相反应物的反应-蒸发-回流工作循环，并避免部分生物油过度的加氢反应，部分未反应的情况出现。高压电极为长150mm，直径2mm的钨针，通过铝箔相互连接，低压电极为厚度0.3mm的铝箔。等离子体电源正极与高压电极1相连，负极与低压电极7相连并接地。工作时，氢气从进气管8进入反应器，在反应区9被交变高压电极电离产生介质阻挡放电。生物油DBD加氢反应器性能测试系统如图2.3所示，包括供气单元、供电单元、冷凝单元、反应单元四个功能单元和检测仪器及电路，其中供气单元包括气瓶1、减压阀2和流量计3，反应单元为DBD加氢反应器4，冷凝单元为冷凝器5，供电单元为高压交流电源6，检测仪器主要包括示波器7、光谱仪8和电脑9。图2.3生物油DBD加氢反应器性能测试系统Fig.2.3Bio-oilDBDhydrogenationreactorperformancetestsystem2.3气相放电等离子体加氢反应器工作特性研究为了了解DBD加氢反应器放电时的工作特性，在进行生物油加氢提质前，采用如图2.3所示的DBD加氢反应器性能测试系统对装置的幅频特性、负载特性等工作性能展开了研究，以便优化反应器结构参数，优选操作参数。2.3.1测量仪器及方法根据示波器获得的Q-VLissajous图形计算装置工作时的负载等效电容和放电功率等
基于气相放电等离子体反应技术的生物油加氢提质试验研究12由图2.4可见，随着频率的增加，3种输入电压下的负载峰值电压均先增大后减小，呈现明显的串联谐振特性。在输入电压为20V、30V和40V时，其谐振频率分别为9.53kHz、9.25kHz和9.01kHz，表明随着输入电压的增加，装置的谐振频率逐渐降低，且在谐振频率处负载峰值电压最大，因而在后续的试验过程中，应调节电源频率使其在谐振频率处工作，以提升能量传输效率。2.3.3介质等效电容和气隙等效电容DBD在放电过程中呈现放电与熄灭不断循环交替的过程，从示波器输出的Q-VLissajous图形可以分析装置在一个放电周期内的具体工作情况。图2.5是放电装置试验获得的一个Q-VLissajous实测图形，图形整体近似平行四边形，其中A→B（或C→D）段为熄灭阶段，电源向电容充电，B→C（或D→A）段为放电阶段，气隙被击穿，气隙等效电容Cg为零，故而可根据Q-VLissajous图形计算得到气隙等效等容Cg和介质等效电容Cd，了解装置的负载特性。图2.5放电装置Q-VLissajous图形Fig.2.5DischargedeviceQ-VLissajousfigure如图2.3所示，记U为放电装置工作时的负载峰值电压，Cm为取样电容，k为电容C1和电容C2的分压比，f为电源工作频率，Cd、Cg和C分别为反应器介质等效电容、气隙等效电容和负载总电容，其中Cd、Cg和C关系如式（2.1）所示。CCC111gd(2.1)介质等效电容Cd和回路负载总电容C可根据如图2.5所示的Q-VLissajous图形顶点坐标（Uxn，Uyn）计算得到，计算公式如式（2.2）和式（2.3）所示，将求得的Cd和C值带入式（2.1）可计算出气隙等效电容Cg[43]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]响应面法优化大豆豆荚甾醇提取工艺的研究[J]. 诸爱士,金志强,潘明纬,黄鑫磊,李嘉雄,石嫣雯. 中国粮油学报. 2020(04)
[2]低温等离子体协同催化剂降解甲醛气体研究进展[J]. 梁煜,李茹,李青. 当代化工. 2020(02)
[3]响应面法优选黄芩苷水提工艺[J]. 翟阳,赵渤年. 当代化工. 2020(02)
[4]激光和等离子体处理对复合材料表面涂层附着力的影响研究[J]. 汤朋,汪洋,曹东萍,高立新,周甘华,朱浩,刘秀生. 涂料工业. 2019(12)
[5]等离子体技术在环境保护中的应用研究[J]. 施明才. 环境与发展. 2019(01)
[6]影响石油产品运动粘度准确测定因素探究[J]. 王流忠. 化工管理. 2019(02)
[7]生物质热解制生物油及其提质研究现状[J]. 牛淼淼,杨佳耀,李尚,孙可,曹坚,李欣阳. 生物质化学工程. 2018(05)
[8]气-液两相放电加氢精制生物油的试验研究[J]. 赵卫东,黄健泉,倪康,张潇尹,赖志豪. 石油与天然气化工. 2017(03)
[9]生物油含氧化合物加氢脱氧反应机理研究进展[J]. 徐冬梅,纪道玉,孟凡禹,张华倩,聂小雷,刘迪. 生物质化学工程. 2017(03)
[10]生物油性质及分离纯化的研究进展[J]. 方丽娜,陈宇,刘娅,丁冉冉,吴玉龙,杨明德. 广州化工. 2015(06)
硕士论文
[1]基于介质阻挡放电反应技术的生物柴油选择性加氢提质试验研究[D]. 张潇尹.江苏大学 2019
[2]生物油模型化合物加氢转化工艺模拟研究[D]. 王凯.郑州大学 2018
[3]基于气体-液体两相放电技术的生物油加氢精制试验与理论研究[D]. 黄健泉.江苏大学 2017
[4]原位供氢条件下以糠醛为生物油模型化合物的加氢脱氧研究[D]. 伏朝林.中国科学院大学(中国科学院过程工程研究所) 2017
[5]低温等离子体技术在高分子材料表面改性中的应用研究[D]. 徐彪.南京理工大学 2008
本文编号：3627393
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/hxgylw/3627393.html
最近更新
教材专著
