油料秸稈快速熱解液化及生物油品質(zhì)評價.pdf

1、與石化能源相比，生物質(zhì)能具有環(huán)境友好和可再生兩大突出優(yōu)點。目前，生物質(zhì)能的利用與轉(zhuǎn)化受到世界各國政府與科學(xué)家的廣泛關(guān)注，其技術(shù)研發(fā)已成為重大熱門課題之一，其中，生物質(zhì)熱轉(zhuǎn)化技術(shù)是生物質(zhì)能源研究與開發(fā)的重要領(lǐng)域之一。生物質(zhì)熱轉(zhuǎn)化技術(shù)主要包括直接燃燒、熱解氣化、熱解液化等，而生物質(zhì)熱解液化技術(shù)以其能提供替代液體燃料的優(yōu)勢而備受重視。 生物質(zhì)快速熱解液化技術(shù)以高加熱傳熱速率、中等溫度及極短停留時間、快速冷凝為基本特征，以液體產(chǎn)物生物油

2、為目標(biāo)產(chǎn)品，具有能夠?qū)⒌推肺?、低能量密度的生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為高品位的易儲存運輸、能量密度高且具有商業(yè)價值的固態(tài)、液態(tài)及氣態(tài)燃料的優(yōu)勢。國內(nèi)外對麥秸、稻草、玉米稈以及木屑等熱解液化研究較多，對油料秸稈的熱解液化研究鮮見報道。 本論文針對油料作物秸稈廢棄物尚未很好利用這一現(xiàn)實問題，在研究建立生物質(zhì)快速熱解液化實驗臺架裝置的基礎(chǔ)上，對油菜、花生、芝麻等油料秸稈進行了品質(zhì)分析、能值評價、預(yù)處理與熱解液化實驗研究，并對其產(chǎn)品生物油進行了結(jié)構(gòu)與組

3、分分析，得出如下結(jié)論： 1、油料秸稈的品質(zhì)與預(yù)處理技術(shù)研究 (1)對油料秸稈進行了工業(yè)分析、元素分析和熱值分析，結(jié)果表明：油菜、花生、芝麻等油料秸稈灰分含量在5％左右，水分含量為10％左右；纖維素含量較高，其中花生秸稈最高，達45％，半纖維素、木質(zhì)素相對較低，熱值為16～18MJ·kg-1，根據(jù)快速熱解液化有關(guān)機理，認為油料類秸稈適宜作為快速熱解液化的原料。油料秸稈中C、H、O三種元素含量之和均為98％左右，同時還含有少

4、量的N元素和S元素，其中，花生秸稈中N元素含量最高，為1.57％，而油菜秸稈中S元素含量最高，為0.85％，與花生、油菜作物自身特性是一致的。 (2)對油料秸稈預(yù)處理技術(shù)進行了研究，結(jié)果表明：水沈酸洗并經(jīng)烘箱干燥可幾乎全部脫除油菜秸稈中灰分，并降低水分含量，相比于未脫灰的秸稈，脫灰處理使得秸稈中纖維素與半纖維素的含量分別提高了9％、5％，說明其物化特性有所改善，對探索脫灰處理對生物質(zhì)熱解影響具有重要意義。油料秸稈經(jīng)干燥、粉碎、篩

5、分等處理后，其粒徑Dp≤0.9mm，可滿足生物質(zhì)快速熱解的工藝需要。 2、油料秸稈的快速熱解液化研究 (1)首次對油料秸稈快速熱解液化工藝進行了系統(tǒng)研究，結(jié)果表明：流化床反應(yīng)器適用于油料秸稈的快速熱解液化，在熱解溫度450～550℃、進料速度2kg·h-1、吹料風(fēng)速10m·s-1、流化風(fēng)速15m·s-1的條件下，能夠得到較高產(chǎn)率的生物油。 (2)探討了原料種類、粒徑、熱解溫度及脫灰處理對油料秸稈熱解產(chǎn)物的影響，結(jié)

6、果表明：3種油料秸稈纖維素、半纖維素及木質(zhì)素含量不同，其熱解得到的生物油產(chǎn)率不同，其中纖維素含量最高的花生秸稈熱解生物油產(chǎn)率最高，達50％，其次是芝麻秸稈，為45％，最后是油菜秸稈，為42％；溫度是影響秸稈熱解的關(guān)鍵因素之一，在450～480℃之間，生物油產(chǎn)率隨溫度升高而增加，高于480℃時，二次裂解反應(yīng)的加劇導(dǎo)致生物油產(chǎn)率的下降。不冷凝氣體產(chǎn)率始終呈現(xiàn)出隨溫度升高而遞增的趨勢，而焦炭產(chǎn)率則隨溫度升高而降低。 (3)對油菜秸稈進

7、行脫除灰分處理后其生物油產(chǎn)率提高了14％，達56％，同時發(fā)現(xiàn)其最佳熱解溫度提高了20～30℃。 3、油料秸稈生物油的分析與評價 (1)對油料秸稈熱解生物油的物化特性進行了研究，結(jié)果表明：油料秸稈生物油為棕黑色液體狀，常溫下pH為2.65～3.80，酸性較強；閃點雖然較低，為43℃左右，但因含水量達35％左右，因此著火性能較差；粘度為4.64～5.64mm2·s-1，傾點為-28～-19℃，凝點一般比傾點低2～5℃，低溫流

8、動性能較好；密度為1127～1154kg·m3，高于化石燃料；灰分低于1％，殘?zhí)繛?0％左右；生物油熱值為18～21MJ·kg-1，約為化石燃料的一半；元素分析結(jié)果表明，生物油的氮、硫含量低，清潔、污染小，但碳氫比較低，為0.65左右，氧含量較高，達42％～47％，有待進一步改性或精制，提升其品質(zhì)與價值。 (2)利用FTIR和GC-MS等手段對油料秸稈生物油結(jié)構(gòu)與組分進行了分析，表明生物油組分復(fù)雜，主要含有多元酚、酮、酯、醇、醛