生物质热裂解液化装置的实验研究及经济性分析

发布时间：2020-10-18 05:26

　　 能源需求的不断提高和环境污染的日益严重,迫使各国寻求环保型替代能源。生物质以其可再生、唯一物质性碳源的优点成为化石燃料未来的有效替代品之一。生物质快速热解液化是一种将固体生物质转化为液体燃料的热化学转化技术。利用固体热载体与生物质粉在混合流动中直接接触实现快速升温热解这一原理,研发了一种新型生物质热裂解液化装置,其处理量达300kg/h。研发的热裂解液化装置主要包括生物质颗粒燃烧炉、隔板式换热器、陶瓷球流量控制阀、生物质喂料装置、套管式气体加热反应器、气体/固体分离箱、陶瓷球提升机、旋风分离器、喷淋冷却循环系统、热裂解炭输运装置、水冷系统及数据采集与监控系统等。本文首先简单介绍了热裂解液化装置的总体工艺、结构与原理,并对关键部件进行了详细计算分析,然后进行了该装置的总装、调试和运行实验。为了检验工业示范装置工艺的可行性,分别采用研发的工业示范装置装置和小型流化床,以玉米秸秆和锯木屑两种生物质为原料,在450℃、500℃、550℃下进行了热裂解液化实验研究,并对两种热裂解液化装置上获得的生物油进行了产率和物化特性的比较分析,最后利用动态评价指标对生物质热裂解液化工业示范装置的运行经济性进行了分析评价,结果表明:1.生物油产率随着温度的升高先增加后减少,锯木屑在两种反应器上获得的生物油产率明显高于玉米秸秆。温度为500℃时,锯木屑在流化床热裂解装置上获得的生物油产率最大约53.5%,工业示范装置生物油产率约47%。2.对两种反应器上获得生物油进行成分分析发现,酚类、酮类及酸类物质受温度影响明显,随着热裂解温度的升高呈现规律性变化。其中,酸类物质随着温度的升高而增加,酚类物质明显减少,酮类物质受生物质种类影响较大,玉米秸秆油中酮类物质含量最约为15wt%,锯木屑油中酮类物质含量最约为5wt%。锯木屑为原料制取的生物油中糖类物质含量远远高于玉米秸秆制取的生物油。3.对在500℃下制取的生物油的物理特性进行分析发现,生物油的pH值在2-4之间,热值在17-18MJ/kg,密度在1100-1200kg/m3之间,远大于生物质密度,40℃时动力粘度在30-45Mpa.s之间。这些物理性质表明生物油作为燃料直接应用具有局限性,需要对其进行改性提质或作为燃料在特定燃用装置上直接使用。4.通过经济性分析发现,该工业示范装置的财务净现值为134.9万元,内部收益率为34.2%,投资回收期为4.44年(含建设期),投资回收期短,效益较好。当该工业示范装置的生物质年处理量达到840.73吨时,项目盈亏达到平衡。比较分析原料价格、初次投资、耗电费、工人工资及热裂解产物售价五项指标对净现值、内部收益和投资回收期的影响表明,热裂解产物售价影响最大,其次是原料价格,而初次投资、耗电费及工人工资三项指标影响较小。因此产品价值、原料成本成为决定经济效益大小的关键因素。
【学位单位】：山东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2016
【中图分类】：S216
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
        1.1.1 当今社会面临的能源问题
        1.1.2 生物质能利用
    1.2 生物质热裂解液化技术综述
        1.2.1 生物质热裂解液化原理及影响因素
        1.2.2 生物质热裂解液化技术国内外研究现状
        1.2.3 生物质热裂解液化产物的应用
        1.2.4 工业示范装置的经济性
    1.3 课题的来源、研究内容及意义
        1.3.1 课题的来源
        1.3.2 研究内容
        1.3.3 课题的意义
    1.4 本章小结
第二章 生物质热裂解液化装置的设计
    2.1 热裂解液化装置的总体设计
        2.1.1 生物质热裂解工艺流程
        2.1.2 工作原理
        2.1.3 主要指标
    2.2 主要部件及设计
        2.2.1 热载体换热器及燃烧炉
        2.2.2 陶瓷球流量控制阀
        2.2.3 生物质粉喂料装置
        2.2.4 反应管
        2.2.5 陶瓷球与炭粉分离装置
        2.2.6 喷淋冷却塔
        2.2.7 列管冷凝器以及生物油过滤装置
        2.2.8 生物油溢出器
        2.2.9 炭粉收集箱
        2.2.10 陶瓷球提升循环装置
        2.2.11 其他部件
    2.3 本章小结
第三章 生物质热裂解液化装置的安装与调试
    3.1 机架
    3.2 工业示范装置设备安装
    3.3 工业示范装置数据采集与监控系统安装
        3.3.1 总控柜及各楼层控制箱安装
        3.3.2 布线及试机
        3.3.3 数据采集与监控系统的安装与调试
    3.4 系统试运行
    3.5 本章小结
第四章 生物质热裂解液化实验
    4.1 实验目标
    4.2 实验原料
        4.2.1 原料预处理
        4.2.2 原料特性分析
    4.3 实验参数及操作流程
        4.3.1 实验参数
        4.3.2 实验操作流程
    4.4 实验数据处理及结果分析
        4.4.1 不同温度对生物油产率的影响
        4.4.2 生物油理化特性对比
    4.5 本章小结
第五章 生物质热裂解液化装置的经济性分析
    5.1 生物质热裂解液化技术发展的可行性分析
    5.2 经济效益分析
        5.2.1 生物质裂解产物应用前景分析
        5.2.2 原料的收集与规模
        5.2.3 技术经济性评价指标
        5.2.4 经济效益分析
    5.3 社会效益
    5.4 本章小结
第六章 全文总结以及下一步工作经验
    6.1 全文总结
    6.2 下一步研究工作建议
致谢
参考文献
在读期间公开发表的论文及著作情况

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本文编号：2845865