生物质热裂解装置中热蒸汽过滤器温度对生物油特性的影响研究
发布时间：2021-02-18 03:53
目前,由于煤、石油和天然气等化石能源储量的日益减少,以及它们燃烧后会产生CO2、SO2、NOx等污染物,带来了巨大的环境问题。生物质以其资源的丰富性和使用的清洁性,受到了人们的重视。生物质热裂解是在隔绝氧气的情况下加热生物质,使之产生热分解,形成生物油、生物炭、气体产物的过程。生物质热裂解产物生物油具有具有碳排放为零、能量密度高、可再生性等优点。开展生物质热裂解装置中热蒸汽过滤器（HVF）温度对生物油特性的影响研究,对改善生物油品质、改善生物油稳定性具有十分重要的理论和实践意义。本文首先开展了生物质喂入率为1-5kg/h的生物质热裂解流化床反应器和旋风分离器在冷态下的数值模拟研究。描述了流化床流化过程和旋风分离器分离过程,以数值模拟的优化结果为基础,进一步设计和研制了一套带二次仪表自动控制的移动式生物质热裂解制取生物油装置。针对生物油特性不稳定、易老化的问题,开展了松木屑快速热裂解过程中HVF不同温度对热裂解产物的质量平衡和能量平衡的研究。并开展了热蒸汽过滤器温度对松木屑热裂解生物油的物理化学特性、化学组成和反应机理影响的研究。最后,开展了热...
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：205 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
项目资助
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 生物质组成及理化特性
1.2 热裂解原理
1.3 热裂解分类
1.4 热裂解反应器
1.5 热裂解过程研究
1.5.1 不同温度下的热裂解产物
1.5.2 热裂解产物气固分离
1.5.3 热裂解过程能量平衡
1.6 热裂解过程数值模拟与反应器设计
1.7 生物油的应用前景及所面临的困难
1.7.1 生物油的用途
1.7.2 生物油的环境效益
1.7.3 生物油应用面临的困难
1.8 常用生物油分析测试方法
1.8.1 生物油物理特性测试方法
1.8.2 生物油化学特性测试方法
1.9 提高生物油稳定性的方法
1.9.1 使用热蒸汽过滤器
1.9.2 添加有机溶剂
1.9.3 催化提质
1.10 研究意义、技术路线及研究内容
第二章 流化床反应器生物质快速热裂解制取生物油装置设计
2.1 引言
2.2 生物质热裂解流化床数值模拟
2.2.1 相关理论
2.2.2 具体实施方法
2.2.3 几何模型的建立
2.2.4 流化床反应器数值模拟结果
2.3 旋风分离器数值模拟研究
2.3.1 研究目的
2.3.2 数学模型
2.3.3 模型参数设置
2.3.4 几何模型的建立
2.3.5 旋风分离器数值模拟结果
2.4 流化床反应器生物质热裂解制取生物油装置研制
2.4.1 装置设计
2.4.2 装置组成与结构
2.5 试运行实验
2.5.1 试运行实验材料与方法
2.5.2 试运行实验结果
2.6 本章小结
第三章 热蒸汽过滤器温度对松木屑热裂解产物特性的影响
3.1 引言
3.2 材料与方法
3.2.1 生物质原料
3.2.2 快速热裂解系统
3.2.3 热裂解实验条件
3.2.4 热裂解产物特性测试方法
3.3 结果与讨论
3.3.1 热裂解产物特性分析
3.3.2 生物油元素分析
3.3.3 生物油ICP分析
3.3.4 生物油灰分和固含量分析
3.3.5 生物油高位热值分析
3.3.6 生物油密度分析
3.3.7 生物油pH值分析
3.3.8 生物油黏度分析
3.3.9 生物油快速老化试验
3.3.10 生物油各特性之间的关系
3.3.11 不可冷凝气体组分分析
3.4 本章小结
第四章 热蒸汽过滤器温度对生物油产率和能量平衡的影响
4.1 引言
4.2 材料与方法
4.2.1 热解实验条件与测试方法
4.2.2 产率的计算
4.3 HVF温度对生物油产率的影响
4.3.1 快速热裂解产物产率
4.3.2 HVF温度对不同冷凝器生物油产率的影响
4.3.3 生物油水分含量分布
4.3.4 HVF温度对于生物油有机相及水相产率的影响
4.3.5 生物油有机相和热裂解水相产率之间关系
4.4 HVF温度对能量平衡的影响
4.4.1 可回收能量潜力
4.4.2 能量回收率
4.4.3 能量消耗率
4.4.4 理论能量效率
4.4.5 实际能量效率
4.5 本章小结
第五章 生物油高分辨率定量核磁共振分析
5.1 引言
5.2 材料与方法
1H NMR分析"> 5.3 生物油高分辨率定量1H NMR分析
1H NMR谱图、归属及分类"> 5.3.1 生物油高分辨率定量1H NMR谱图、归属及分类
5.3.2 HVF温度对羰基氢、芳香氢、糖环氢和烃类氢相对含量的影响
5.3.3 HVF温度对芳香氢的相对含量的影响
5.3.4 HVF温度对糖环氢的相对含量的影响
5.3.5 HVF温度对链状烃类氢相对含量的影响
5.3.6 HVF温度对生物油终端烃类氢与芳香氢关系的影响
5.3.7 生物油中终端烃类氢/芳香氢比值与黏度之间的关系
5.4 生物油高分辨率定量13C核磁共振分析
13C NMR谱图、归属及分类"> 5.4.1 生物油定量13C NMR谱图、归属及分类
5.4.2 HVF温度与生物油羰基碳、芳香碳、糖环碳和脂肪碳相对含量之间的关系
5.4.3 HVF温度对芳香碳相对含量的影响
5.4.4 HVF温度对糖环碳相对含量的影响
5.4.5 HVF温度对脂肪碳相对含量的影响
5.4.6 HVF温度对链状烃类碳各组分相对含量的影响
1H NMR与13C NMR结果比较"> 5.5 高分辨率定量1H NMR与13C NMR结果比较
5.6 本章小结
第六章 生物油化学组成及热裂解蒸汽反应机理
6.1 引言
6.2 材料与方法
6.2.1 热裂解实验方法
6.2.2 元素分析
6.2.3 傅里叶红外分析（FT-IR）
6.2.4 全二维气相色谱-飞行质谱联用（GC×GC-TOFMS）
6.2.5 凝胶渗透色谱（GPC）分析
6.3 结果与讨论
6.3.1 生物油元素分析
6.3.2 HVF温度对生物油元素组成的影响
6.3.3 松木屑生物油FT-IR分析
6.3.4 GC×GC-TOFMS
6.3.5 凝胶渗透色谱（GPC）
6.3.6 松木屑生物油结构参数
6.3.7 HVF中热裂解蒸汽化学反应机理
6.4 本章小结
第七章 不同添加剂对热蒸汽过滤器松木屑生物油长期储存稳定性的影响
7.1 引言
7.2 材料与方法
7.2.1 实验方法
7.2.2 生物油测试
7.3 结果与讨论
7.3.1 添加剂对生物油特性的影响
7.3.2 GC×GC-TOFMS分析
7.3.3 傅里叶变换红外光谱分析（FT-IR）
7.3.4 凝胶渗透色谱分析
7.3.5 松木屑生物油的老化反应机理
7.4 本章小结
第八章 全文总结、创新点及展望
8.1 主要研究结论
8.2 论文创新点
8.3 后续工作展望
参考文献
致谢
攻读博士学位期间已发表或录用的论文
本文编号：3038998
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项目资助
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ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 生物质组成及理化特性
1.2 热裂解原理
1.3 热裂解分类
1.4 热裂解反应器
1.5 热裂解过程研究
1.5.1 不同温度下的热裂解产物
1.5.2 热裂解产物气固分离
1.5.3 热裂解过程能量平衡
1.6 热裂解过程数值模拟与反应器设计
1.7 生物油的应用前景及所面临的困难
1.7.1 生物油的用途
1.7.2 生物油的环境效益
1.7.3 生物油应用面临的困难
1.8 常用生物油分析测试方法
1.8.1 生物油物理特性测试方法
1.8.2 生物油化学特性测试方法
1.9 提高生物油稳定性的方法
1.9.1 使用热蒸汽过滤器
1.9.2 添加有机溶剂
1.9.3 催化提质
1.10 研究意义、技术路线及研究内容
第二章 流化床反应器生物质快速热裂解制取生物油装置设计
2.1 引言
2.2 生物质热裂解流化床数值模拟
2.2.1 相关理论
2.2.2 具体实施方法
2.2.3 几何模型的建立
2.2.4 流化床反应器数值模拟结果
2.3 旋风分离器数值模拟研究
2.3.1 研究目的
2.3.2 数学模型
2.3.3 模型参数设置
2.3.4 几何模型的建立
2.3.5 旋风分离器数值模拟结果
2.4 流化床反应器生物质热裂解制取生物油装置研制
2.4.1 装置设计
2.4.2 装置组成与结构
2.5 试运行实验
2.5.1 试运行实验材料与方法
2.5.2 试运行实验结果
2.6 本章小结
第三章 热蒸汽过滤器温度对松木屑热裂解产物特性的影响
3.1 引言
3.2 材料与方法
3.2.1 生物质原料
3.2.2 快速热裂解系统
3.2.3 热裂解实验条件
3.2.4 热裂解产物特性测试方法
3.3 结果与讨论
3.3.1 热裂解产物特性分析
3.3.2 生物油元素分析
3.3.3 生物油ICP分析
3.3.4 生物油灰分和固含量分析
3.3.5 生物油高位热值分析
3.3.6 生物油密度分析
3.3.7 生物油pH值分析
3.3.8 生物油黏度分析
3.3.9 生物油快速老化试验
3.3.10 生物油各特性之间的关系
3.3.11 不可冷凝气体组分分析
3.4 本章小结
第四章 热蒸汽过滤器温度对生物油产率和能量平衡的影响
4.1 引言
4.2 材料与方法
4.2.1 热解实验条件与测试方法
4.2.2 产率的计算
4.3 HVF温度对生物油产率的影响
4.3.1 快速热裂解产物产率
4.3.2 HVF温度对不同冷凝器生物油产率的影响
4.3.3 生物油水分含量分布
4.3.4 HVF温度对于生物油有机相及水相产率的影响
4.3.5 生物油有机相和热裂解水相产率之间关系
4.4 HVF温度对能量平衡的影响
4.4.1 可回收能量潜力
4.4.2 能量回收率
4.4.3 能量消耗率
4.4.4 理论能量效率
4.4.5 实际能量效率
4.5 本章小结
第五章 生物油高分辨率定量核磁共振分析
5.1 引言
5.2 材料与方法
1H NMR分析"> 5.3 生物油高分辨率定量1H NMR分析
1H NMR谱图、归属及分类"> 5.3.1 生物油高分辨率定量1H NMR谱图、归属及分类
5.3.2 HVF温度对羰基氢、芳香氢、糖环氢和烃类氢相对含量的影响
5.3.3 HVF温度对芳香氢的相对含量的影响
5.3.4 HVF温度对糖环氢的相对含量的影响
5.3.5 HVF温度对链状烃类氢相对含量的影响
5.3.6 HVF温度对生物油终端烃类氢与芳香氢关系的影响
5.3.7 生物油中终端烃类氢/芳香氢比值与黏度之间的关系
5.4 生物油高分辨率定量13C核磁共振分析
13C NMR谱图、归属及分类"> 5.4.1 生物油定量13C NMR谱图、归属及分类
5.4.2 HVF温度与生物油羰基碳、芳香碳、糖环碳和脂肪碳相对含量之间的关系
5.4.3 HVF温度对芳香碳相对含量的影响
5.4.4 HVF温度对糖环碳相对含量的影响
5.4.5 HVF温度对脂肪碳相对含量的影响
5.4.6 HVF温度对链状烃类碳各组分相对含量的影响
1H NMR与13C NMR结果比较"> 5.5 高分辨率定量1H NMR与13C NMR结果比较
5.6 本章小结
第六章 生物油化学组成及热裂解蒸汽反应机理
6.1 引言
6.2 材料与方法
6.2.1 热裂解实验方法
6.2.2 元素分析
6.2.3 傅里叶红外分析（FT-IR）
6.2.4 全二维气相色谱-飞行质谱联用（GC×GC-TOFMS）
6.2.5 凝胶渗透色谱（GPC）分析
6.3 结果与讨论
6.3.1 生物油元素分析
6.3.2 HVF温度对生物油元素组成的影响
6.3.3 松木屑生物油FT-IR分析
6.3.4 GC×GC-TOFMS
6.3.5 凝胶渗透色谱（GPC）
6.3.6 松木屑生物油结构参数
6.3.7 HVF中热裂解蒸汽化学反应机理
6.4 本章小结
第七章 不同添加剂对热蒸汽过滤器松木屑生物油长期储存稳定性的影响
7.1 引言
7.2 材料与方法
7.2.1 实验方法
7.2.2 生物油测试
7.3 结果与讨论
7.3.1 添加剂对生物油特性的影响
7.3.2 GC×GC-TOFMS分析
7.3.3 傅里叶变换红外光谱分析（FT-IR）
7.3.4 凝胶渗透色谱分析
7.3.5 松木屑生物油的老化反应机理
7.4 本章小结
第八章 全文总结、创新点及展望
8.1 主要研究结论
8.2 论文创新点
8.3 后续工作展望
参考文献
致谢
攻读博士学位期间已发表或录用的论文
本文编号：3038998
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