【摘要】：生物質(zhì)快速熱解被認(rèn)為是生物質(zhì)能源化利用途徑中最有效的熱轉(zhuǎn)化方法之一。熱解產(chǎn)生的生物油通過催化加氫脫氧(HDO)工藝(包括溫和階段和深度階段)可以轉(zhuǎn)化為具有低含水量、粘度和酸度,高熱值的生物燃料。然而,在生物油溫和加氫脫氧過程中,催化劑積炭被認(rèn)為是影響催化劑壽命,導(dǎo)致催化劑失活的主要因素。本研究第一部分使用鎳基商業(yè)催化劑(HTB-45),在不同的反應(yīng)溫度下(250℃,280℃,300℃)進(jìn)行生物油加氫脫氧反應(yīng)實(shí)驗(yàn)�；谏镉图託涿撗醴磻�(yīng)下,催化劑積炭失活過程建立由常微分方程(ODEs)組成的隨反應(yīng)時(shí)間變化(TOS)的數(shù)學(xué)模型。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與數(shù)學(xué)模型結(jié)果擬合驗(yàn)證得到反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)。通過不同反應(yīng)條件下積炭形貌及反應(yīng)活化能的分析可得,高溫(300℃)是導(dǎo)致石墨化不可溶性積炭產(chǎn)生,從而造成催化劑失活的原因。本研究的第二部分結(jié)合上述研究,建立Aspen Plus兩段式生物油加氫脫氧反應(yīng)工藝工業(yè)級(jí)仿真生產(chǎn)流程模型。使用反應(yīng)動(dòng)力學(xué)反應(yīng)器描述溫和階段加氫脫氧反應(yīng),運(yùn)用內(nèi)嵌式Fortran子程序定義溫和階段因積碳而導(dǎo)致的催化劑失活動(dòng)態(tài)過程。結(jié)合深度加氫階段反應(yīng)參數(shù)進(jìn)行仿真計(jì)算,模擬結(jié)果中生物燃料的最高產(chǎn)率為45%。對(duì)年處理量為10萬噸級(jí)生物油加氫示范廠進(jìn)行經(jīng)濟(jì)成本估算得出固定投資成本最低為1.52千萬美元;單位生產(chǎn)成本最低為1024美元/噸。本研究當(dāng)中積炭動(dòng)力學(xué)模型建立及經(jīng)濟(jì)可行性分析,為加氫脫氧工藝流程的工業(yè)化放大提供理論依據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TK6
【圖文】：

圖 1.3 裂解過程中各組分之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（使用 ZSM-5 催化劑在 300-440 Co 的反應(yīng)條件下）與數(shù)學(xué)模擬合，得到反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程式如下：volatiles: = (1.olatiles: = (1. = (1.eous: = (1. = (1.1e: = (1.1

加氫脫氧作為非常重要的石油化工提質(zhì)工藝，能夠有效的降低粘度與含水量，提高熱值。被應(yīng)用于生物質(zhì)熱解加氫工藝流程當(dāng)中的生物油提質(zhì)階段。通過Aspen Plus對(duì)生物油快速熱解轉(zhuǎn)化為液體燃料的仿真工藝流程研究，如圖1.5所示，通常以生物質(zhì)熱解和熱解油加氫提質(zhì)為主體的，包括原料干燥，產(chǎn)物冷凝，產(chǎn)物分離，廢棄物燃燒供熱，余熱發(fā)電等在內(nèi)的整體仿真工藝流程[76]。圖 1.5 生物質(zhì)熱解加氫工藝流程圖由于 Aspen Plus 軟件當(dāng)中不能直接添加生物油，熱解氣體，液體，固體產(chǎn)物以及加氫提質(zhì)后提質(zhì)油及生物燃料，通過模型化合物對(duì)各組分進(jìn)行替代如表1.3 所示[77, 78]。并使用 Fortran 語(yǔ)言，編寫內(nèi)嵌式反應(yīng)動(dòng)力學(xué)子程序，運(yùn)行仿真流程得出結(jié)果[79]。

3 生物油加氫脫氧反應(yīng)過程中積炭動(dòng)力學(xué)研究3.3.2 積炭形態(tài)分析對(duì)生物油加氫脫氧反應(yīng)后回收的催化劑進(jìn)行投射電鏡掃描（TEM），不同反應(yīng)條件下催化劑積炭如圖 3.6 所示。反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間對(duì)催化劑積炭性質(zhì)有顯著影響，從圖中可以清楚地觀察到在不同操作條件下形成積炭的顏色表化與形態(tài)變化。反應(yīng)溫度從 250 Co 升高至 300 Co ，積炭的顏色從灰色（250 Co ）變?yōu)榛液谏?80 Co ）。當(dāng)溫度達(dá)到 300 Co 時(shí)，催化劑積炭變?yōu)樯詈谏玔99]。

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 蔣恩臣;賈月雯;秦麗元;羅麗娜;;N_2加壓下Ni-Co/HZSM-5改性生物油模擬物[J];農(nóng)機(jī)化研究;2018年03期

2 王俊淇;魯周民;尉芹;鄭冀魯;李宏偉;王志文;;生物油中內(nèi)醚糖提取工藝優(yōu)化及分析方法[J];高�；瘜W(xué)工程學(xué)報(bào);2017年06期

3 韓平;蔣恩臣;李世博;王明峰;孫焱;吳宇健;;熱解揮發(fā)物分級(jí)冷凝初分生物油研究[J];農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào);2016年11期

4 孫培勤;王高恩;孫紹暉;陳俊武;;生物油精煉提質(zhì)工藝研究[J];中外能源;2017年02期

5 丁徐紅;常勝;趙增立;鄭安慶;李海濱;;富氮生物油理化性質(zhì)表征及其熱解特性研究[J];可再生能源;2014年05期

6 ;過程工程所在利用生物油發(fā)酵生產(chǎn)丁二酸方面取得進(jìn)展[J];生物工程學(xué)報(bào);2013年10期

7 顧帥;楊洪雪;苗瑋;許慶利;顏涌捷;;生物油精制技術(shù)研究進(jìn)展[J];林產(chǎn)化學(xué)與工業(yè);2012年02期

8 許守強(qiáng);常建民;夏碧華;張繼宗;韓彥雪;任學(xué)勇;;四種原料生物油-酚醛樹脂膠粘劑特性研究[J];中國(guó)膠粘劑;2010年07期

9 ;生物油制備技術(shù)與應(yīng)用[J];生物技術(shù)通訊;2013年06期

10 李曉婷;;玉米秸稈制取生物油的工藝條件優(yōu)化[J];安徽農(nóng)業(yè)科學(xué);2008年13期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 楊世坤;段培高;;超聲波對(duì)微藻生物油性質(zhì)的影響[A];2015年中國(guó)化工學(xué)會(huì)年會(huì)論文集[C];2015年

2 田啟魁;呂兆林;張行;李瑞;;快速熱解生物油萃取分離工藝基礎(chǔ)研究[A];第九屆中國(guó)林業(yè)青年學(xué)術(shù)年會(huì)論文摘要集[C];2010年

3 楊司軍;劉燕;楊運(yùn)泉;;層化法制備MoS_2催化劑及其加氫脫氧性能研究[A];第九屆全國(guó)環(huán)境催化與環(huán)境材料學(xué)術(shù)會(huì)議——助力兩型社會(huì)快速發(fā)展的環(huán)境催化與環(huán)境材料會(huì)議論文集（NCECM 2015）[C];2015年

4 馮剛;樓輝;;超臨界流體中生物油的催化提質(zhì)[A];第十四屆全國(guó)青年催化學(xué)術(shù)會(huì)議會(huì)議論文集[C];2013年

5 趙靈潔;羅嘉;許勇;童冬梅;何玲;胡常偉;;毛竹催化水熱液化制備生物油的研究[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第27屆學(xué)術(shù)年會(huì)第11分會(huì)場(chǎng)摘要集[C];2010年

6 王兵;段培高;;不同方法制生物油燃料的研究[A];河南省化學(xué)會(huì)2014年學(xué)術(shù)年會(huì)論文摘要集[C];2014年

7 劉純建;付嚴(yán);常杰;;生物油模型化合物酯化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的研究[A];第二屆能源轉(zhuǎn)化化學(xué)與技術(shù)研討會(huì)會(huì)議指南2015[C];2015年

8 彭纏曹;井強(qiáng)山;于永生;;載體對(duì)鉑鈷催化劑上醛酸一步氣相加氫酯化研究[A];河南省化學(xué)會(huì)2010年學(xué)術(shù)年會(huì)論文摘要集[C];2010年

9 常杰;張琦;付嚴(yán);王鐵軍;;固體酸上生物油催化酯化改質(zhì)研究[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第二十五屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文摘要集（上冊(cè)）[C];2006年

10 叢興順;李敏;李鳳剛;賈喻;王芳;季念存;;色譜-質(zhì)譜法鑒定煤和生物油中的未知化合物[A];第21屆全國(guó)色譜學(xué)術(shù)報(bào)告會(huì)及儀器展覽會(huì)會(huì)議論文集[C];2017年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前10條

1 記者 趙鳳華　通訊員 信永華;煙道氣中的二氧化碳可制取生物油[N];科技日?qǐng)?bào);2009年

2 劉純友 通訊員　 汪明星;生物油在肥試產(chǎn)成功[N];安徽日?qǐng)?bào);2007年

3 記者　劉純友;兩噸秸稈可產(chǎn)生物油一噸[N];安徽日?qǐng)?bào);2006年

4 記者　 陳敬農(nóng);兩噸秸稈可產(chǎn)一噸生物油[N];科技日?qǐng)?bào);2006年

5 本報(bào)記者 趙亞平;樹木里“榨出”生物油[N];科技日?qǐng)?bào);2007年

6 記者　夏樹 汪洋;秸稈“煉成”生物油[N];農(nóng)民日?qǐng)?bào);2006年

7 記者 吳長(zhǎng)鋒;木屑轉(zhuǎn)化生物油產(chǎn)率達(dá)65%[N];科技日?qǐng)?bào);2005年

8 通訊員 謝秀瓊　記者 蔣勇;寧波營(yíng)建“生物油林”[N];浙江日?qǐng)?bào);2010年

9 特約記者　楊保國(guó);中科大熱解液化秸稈制生物油[N];大眾科技報(bào);2006年

10 趙佳怡;從生活垃圾和工業(yè)廢棄物中獲取新能源[N];中國(guó)建材報(bào);2011年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 江勝娟;小桉樹木質(zhì)材料熱解技術(shù)的應(yīng)用基礎(chǔ)研究[D];中國(guó)石油大學(xué)(華東);2017年

2 王志強(qiáng);青霉素菌渣水熱液化制備生物油及機(jī)理研究[D];北京科技大學(xué);2019年

3 李攀;生物質(zhì)催化熱解制備高選擇性芳香烴生物油的實(shí)驗(yàn)研究[D];華中科技大學(xué);2016年

4 黃華軍;典型生物質(zhì)在亞/超臨界有機(jī)溶劑中的液化行為[D];湖南大學(xué);2013年

5 陳旭;生物質(zhì)富鈣熱解過程中生物油脫氧機(jī)理及調(diào)控機(jī)制研究[D];華中科技大學(xué);2018年

6 劉曉龍;生物油氧化過程的ReaxFF MD模擬研究—?jiǎng)恿W(xué)性質(zhì)、反應(yīng)機(jī)理及替代燃料構(gòu)建[D];中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院過程工程研究所);2017年

7 姚金剛;生物油炭漿蒸汽催化氣化制氫研究[D];天津大學(xué);2017年

8 張波;基于補(bǔ)氫/脫氧的玉米秸稈催化熱解制油和油品提質(zhì)研究[D];東南大學(xué);2016年

9 張明建;生物油溫和精制關(guān)鍵技術(shù)的研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2014年

10 張琦;固體酸堿催化劑催化酯化改質(zhì)提升生物油的研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2006年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 洪機(jī)劍;銅藻厭氧發(fā)酵及沼渣熱解制備高酚含量液體生物油研究[D];浙江工業(yè)大學(xué);2018年

2 馬嘯越川;生物油加氫脫氧積炭動(dòng)力學(xué)研究及工藝仿真[D];鄭州大學(xué);2019年

3 孟欣;生物油水相與甲醇加氫共裂化制備芳香烴的催化劑優(yōu)化研究[D];華東理工大學(xué);2019年

4 李丹萍;Ni/Ce_xZr_(1-x)O_2-CaO催化劑吸收增強(qiáng)的生物油水蒸氣重整制氫的研究[D];陜西師范大學(xué);2018年

5 謝登印;生物油催化重整制氫催化劑的改性研究及過程模型的建立[D];華東理工大學(xué);2015年

6 張開銀;生物油分子的動(dòng)力學(xué)尺寸與催化劑孔徑的擇形選擇性研究[D];昆明理工大學(xué);2018年

7 馮占元;生物油共煉制技術(shù)的研究與開發(fā)[D];華東理工大學(xué);2015年

8 丁小偉;微乳體系的構(gòu)建及其對(duì)污泥液化生物油的增溶和提質(zhì)[D];湖南大學(xué);2018年

9 朱亮;基于生物質(zhì)預(yù)處理與復(fù)配溶劑改善生物油品質(zhì)[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2018年

10 黃照單;預(yù)處理對(duì)低脂藻水熱催化液化制備生物油的影響研究[D];華東師范大學(xué);2018年

本文編號(hào)：2795089