玉米秸秆热解制取生物油及其性质研究

【摘要】：进入21世纪,人类不仅面临着严峻的能源问题,而且面临着能源开发引起的环境问题。生物质做为一种具有清洁性、可再生性的能源具备化石能源所不具备的优势,日益得到国内外研究者的重视。生物质的利用技术较多,热裂解技术由于能获得固态、液态、气态三种产物并且液态产物—生物油具有用于燃料油、提取有机化学品的优势而被广泛研究。 本论文以农业废弃物玉米秸秆为研究对象,采用流化床热解反应器,以生物油产率为目标设计实验,综合考察了热解温度、升温速率、原料粒径、载气流量和种类对生物油产率的影响。结果表明热解温度是最重要的影响因素,在525℃时生物油产率达到49%。随载气流量和升温速率的增加,生物油产率逐渐趋于稳定值。正交实验结果表明玉米秸秆热解最佳工艺条件为:热解温度为525℃,升温速率为150℃/min,原料粒径为1.4mmdp1.6mm,载气流量为170cm3/min,载气采用热解内循环气。 本论文以玉米秸秆热重分析数据为依据,提出分布活化能模型并对模型参数求解:指前因子A,分布活化能标准值E0,活化能偏差σ分别为7.8×108min-1,114.5KJ/mol,6.4KJ/mol。该模型的提出对热解反应器的设计以及热解工艺参数的确定有重要的指导意义。 本论文对生物油的组分、密度、粘度、pH、含水量、热值、元素含量进行了分析。结果表明生物油含水量在25%～43%之间,偏酸性,粘度、密度、热值随含水量增加而降低。GC-MS分析表明生物油主要组分为多元酚、酮、酯、醇、醛及有机酸类,通过分离提纯可提取有机化学品。热解温度对生物油品质有重要影响:含水量和热值随温度升高先增加后降低,粘度随温度升高而降低,FT-IR和GC-MS联机分析表明不同热解温度下生物油组成略有不同。本论文考察了放置1天、30天、90天、180天的生物油均匀性和稳定性,结果表明生物油在放置过程中均匀性和稳定性均较差。本论文对生物油性质的分析为其标准制定做出了基础性研究。 【关键词】：玉米秸秆 热解 生物油 性质
【学位授予单位】：沈阳理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TE667
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-25
• 1.1 引言11-12
• 1.1.1 生物质能源概念11
• 1.1.2 生物质能源特点11-12
• 1.2 生物质利用的意义12-15
• 1.2.1 经济意义12-13
• 1.2.2 环境意义13-14
• 1.2.3 社会意义14-15
• 1.3 生物质利用技术简介15-16
• 1.4 生物质热解技术现状16-21
• 1.4.1 国外热解技术现状17-20
• 1.4.2 国内热解技术现状20-21
• 1.5 生物油简介21-23
• 1.6 本论文意义和研究内容23
• 1.7 本章小结23-25
• 第2章 实验设备和原料及研究方法25-33
• 2.1 实验设备及软件25-27
• 2.1.1 实验用小型设备25
• 2.1.2 热重分析仪25-26
• 2.1.3 GC-MS 分析仪26
• 2.1.4 Matlab 数学软件及遗传算法工具箱26-27
• 2.1.5 热解实验设备27
• 2.2 实验原料及特性分析27-31
• 2.2.1 玉米秸秆来源27
• 2.2.2 玉米秸秆粒径和堆积密度分析27-28
• 2.2.3 玉米秸秆组成分析28
• 2.2.4 玉米秸秆热值分析28-29
• 2.2.5 玉米秸秆元素分析和工业分析29
• 2.2.6 玉米秸秆热重分析29-31
• 2.3 研究方法31
• 2.3.1 热解动力学分布活化能模型分析方法31
• 2.3.2 生物油性质分析方法31
• 2.3.3 生物油均匀性和稳定性分析方法31
• 2.4 本章小结31-33
• 第3章 玉米秸秆热解动力学研究33-41
• 3.1 分布活化能模型简介33
• 3.2 分布活化能模型的推导33-36
• 3.3 分布活化能模型的计算36-38
• 3.4 模型参数对分布活化能模型的影响38-40
• 3.5 本章小结40-41
• 第4章 玉米秸秆热解制备生物油工艺研究41-55
• 4.1 玉米秸秆热解机理41-43
• 4.2 玉米秸秆热解实验43-46
• 4.2.1 实验流程43
• 4.2.2 单因素实验设计43-45
• 4.2.3 正交实验设计45-46
• 4.3 玉米秸秆热解影响因素分析46-54
• 4.3.1 玉米秸秆粒径的影响46-47
• 4.3.2 热解温度的影响47-48
• 4.3.3 升温速率的影响48-49
• 4.3.4 载气流量的影响49-50
• 4.3.5 载气种类的影响50-51
• 4.3.6 反应时间的影响51
• 4.3.7 冷凝方式的影响51-53
• 4.3.8 正交实验结果分析53-54
• 4.4 本章小结54-55
• 第5章 生物油性质研究55-73
• 5.1 生物油理化性质研究55-67
• 5.1.1 生物油含水量分析55-57
• 5.1.2 生物油密度分析57-58
• 5.1.3 生物油动力粘度分析58-60
• 5.1.4 生物油的元素分析60-61
• 5.1.5 生物油pH 分析61-62
• 5.1.6 生物油热值分析62-63
• 5.1.7 生物油组分分析63-67
• 5.2 生物油均匀性和稳定性研究67-71
• 5.3 本章小结71-73
• 结论73-75
• 参考文献75-80
• 攻读硕士学位期间发表论文及取得的科研成果80-81
• 致谢81-82
• 摘要82-86
• ABSTRACT86-90

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