生物油提质制氢热力学及加氢精制工艺研究

发布时间：2020-08-10 18:09

【摘要】：生物质可用于较大规模制取液体燃料,被认为是理想的石油及石油基化工产品替代品。生物质快速热解制备生物油,是生物质能转化的重要方式。由于生物油含氧高,需要对其提质处理,其中加氢精制是重要的生物油提质技术。在生物油提质开发工艺中,生物油轻组分重整制氢及重组分加氢精制是关键过程。当前,关于生物油重整制氢热力学及生物油制取液体烃类燃料的加氢精制工艺,还有待进一步完善,本文重点对这两方面进行了研究,从而为生物油燃料产业化提供技术参考。由于生物油组分复杂,多采用模型物进行研究,本文利用Aspen Plus软件,选取一些生物油模型物,对其水蒸气重整制氢过程进行了热力学分析,同时,建立了生物质快速热解制备生物油及生物油重整制氢与加氢精制的集成工艺,对该集成工艺进行了模拟分析。首先,分别选取乙酸、羟基丙酮、糠醛、香草醛为生物油单一模型物,进行水蒸气重整制氢过程的热力学分析。结果表明,温度、水碳比和压力对四种模型物的产物平衡产量的影响相似,低压和高温、高水碳比有利于H2的生成。在压力为0.1 MPa,温度为800~1000 K和水碳比为4~8的条件下,四种模型物的H2产率大于85%。积碳量随温度和水碳比的增大而减小,在S/C大于4后几乎不再产生积碳。其次,选取典型生物油轻组分混配成模拟生物油,对其进行了水蒸气重整制氢热力学分析。结果表明,模拟生物油与单组分模型物的重整制氢热力学规律一致。对模拟生物油、天然气和乙醇进行了水蒸气重整制氢工艺的比较分析,生产1 mol/s的H2,需要模拟生物油、天然气和乙醇的量分别为0.190 mol/s、0.245mol/s和0.189 mol/s。能量分析显示模拟生物油水蒸气重整制氢能耗略低于天然气水蒸气重整制氢。最后,参考相关研究,选取合适的物料组分模型及反应器模型,建立了生物油制备及加氢精制集成工艺。该总集成工艺包括四个工段:生物质快速热解、生物油加氢精制、加氢裂化和连续精馏、生物油轻组分重整制氢。模拟结果表明,基于干基玉米秸秆为原料的汽油和柴油产率分别为8%和10.3%,副产物H2和焦的产率分别为1.9%和7.1%。快速热解工段中,玉米秸秆生产生物油的能量效率为74.81%。总集成工艺中,玉米秸秆生产汽油和柴油的能量效率为52.5%。
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK6

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本文编号：2788441