能源需求的不斷提高和環(huán)境污染的日益嚴(yán)重,迫使各國尋求環(huán)保型替代能源。生物質(zhì)以其可再生、唯一物質(zhì)性碳源的優(yōu)點(diǎn)成為化石燃料未來的有效替代品之一。生物質(zhì)快速熱解液化是一種將固體生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為液體燃料的熱化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)。利用固體熱載體與生物質(zhì)粉在混合流動(dòng)中直接接觸實(shí)現(xiàn)快速升溫?zé)峤膺@一原理,研發(fā)了一種新型生物質(zhì)熱裂解液化裝置,其處理量達(dá)300kg/h。研發(fā)的熱裂解液化裝置主要包括生物質(zhì)顆粒燃燒爐、隔板式換熱器、陶瓷球流量控制閥、生物質(zhì)喂料裝置、套管式氣體加熱反應(yīng)器、氣體/固體分離箱、陶瓷球提升機(jī)、旋風(fēng)分離器、噴淋冷卻循環(huán)系統(tǒng)、熱裂解炭輸運(yùn)裝置、水冷系統(tǒng)及數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)等。本文首先簡單介紹了熱裂解液化裝置的總體工藝、結(jié)構(gòu)與原理,并對(duì)關(guān)鍵部件進(jìn)行了詳細(xì)計(jì)算分析,然后進(jìn)行了該裝置的總裝、調(diào)試和運(yùn)行實(shí)驗(yàn)。為了檢驗(yàn)工業(yè)示范裝置工藝的可行性,分別采用研發(fā)的工業(yè)示范裝置裝置和小型流化床,以玉米秸稈和鋸木屑兩種生物質(zhì)為原料,在450℃、500℃、550℃下進(jìn)行了熱裂解液化實(shí)驗(yàn)研究,并對(duì)兩種熱裂解液化裝置上獲得的生物油進(jìn)行了產(chǎn)率和物化特性的比較分析,最后利用動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)生物質(zhì)熱裂解液化工業(yè)示范裝置的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了分析評(píng)價(jià),結(jié)果表明:1.生物油產(chǎn)率隨著溫度的升高先增加后減少,鋸木屑在兩種反應(yīng)器上獲得的生物油產(chǎn)率明顯高于玉米秸稈。溫度為500℃時(shí),鋸木屑在流化床熱裂解裝置上獲得的生物油產(chǎn)率最大約53.5%,工業(yè)示范裝置生物油產(chǎn)率約47%。2.對(duì)兩種反應(yīng)器上獲得生物油進(jìn)行成分分析發(fā)現(xiàn),酚類、酮類及酸類物質(zhì)受溫度影響明顯,隨著熱裂解溫度的升高呈現(xiàn)規(guī)律性變化。其中,酸類物質(zhì)隨著溫度的升高而增加,酚類物質(zhì)明顯減少,酮類物質(zhì)受生物質(zhì)種類影響較大,玉米秸稈油中酮類物質(zhì)含量最約為15wt%,鋸木屑油中酮類物質(zhì)含量最約為5wt%。鋸木屑為原料制取的生物油中糖類物質(zhì)含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于玉米秸稈制取的生物油。3.對(duì)在500℃下制取的生物油的物理特性進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn),生物油的pH值在2-4之間,熱值在17-18MJ/kg,密度在1100-1200kg/m3之間,遠(yuǎn)大于生物質(zhì)密度,40℃時(shí)動(dòng)力粘度在30-45Mpa.s之間。這些物理性質(zhì)表明生物油作為燃料直接應(yīng)用具有局限性,需要對(duì)其進(jìn)行改性提質(zhì)或作為燃料在特定燃用裝置上直接使用。4.通過經(jīng)濟(jì)性分析發(fā)現(xiàn),該工業(yè)示范裝置的財(cái)務(wù)凈現(xiàn)值為134.9萬元,內(nèi)部收益率為34.2%,投資回收期為4.44年(含建設(shè)期),投資回收期短,效益較好。當(dāng)該工業(yè)示范裝置的生物質(zhì)年處理量達(dá)到840.73噸時(shí),項(xiàng)目盈虧達(dá)到平衡。比較分析原料價(jià)格、初次投資、耗電費(fèi)、工人工資及熱裂解產(chǎn)物售價(jià)五項(xiàng)指標(biāo)對(duì)凈現(xiàn)值、內(nèi)部收益和投資回收期的影響表明,熱裂解產(chǎn)物售價(jià)影響最大,其次是原料價(jià)格,而初次投資、耗電費(fèi)及工人工資三項(xiàng)指標(biāo)影響較小。因此產(chǎn)品價(jià)值、原料成本成為決定經(jīng)濟(jì)效益大小的關(guān)鍵因素。
【學(xué)位單位】：山東理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2016
【中圖分類】：S216
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 引言
        1.1.1 當(dāng)今社會(huì)面臨的能源問題
        1.1.2 生物質(zhì)能利用
    1.2 生物質(zhì)熱裂解液化技術(shù)綜述
        1.2.1 生物質(zhì)熱裂解液化原理及影響因素
        1.2.2 生物質(zhì)熱裂解液化技術(shù)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.3 生物質(zhì)熱裂解液化產(chǎn)物的應(yīng)用
        1.2.4 工業(yè)示范裝置的經(jīng)濟(jì)性
    1.3 課題的來源、研究內(nèi)容及意義
        1.3.1 課題的來源
        1.3.2 研究內(nèi)容
        1.3.3 課題的意義
    1.4 本章小結(jié)
第二章 生物質(zhì)熱裂解液化裝置的設(shè)計(jì)
    2.1 熱裂解液化裝置的總體設(shè)計(jì)
        2.1.1 生物質(zhì)熱裂解工藝流程
        2.1.2 工作原理
        2.1.3 主要指標(biāo)
    2.2 主要部件及設(shè)計(jì)
        2.2.1 熱載體換熱器及燃燒爐
        2.2.2 陶瓷球流量控制閥
        2.2.3 生物質(zhì)粉喂料裝置
        2.2.4 反應(yīng)管
        2.2.5 陶瓷球與炭粉分離裝置
        2.2.6 噴淋冷卻塔
        2.2.7 列管冷凝器以及生物油過濾裝置
        2.2.8 生物油溢出器
        2.2.9 炭粉收集箱
        2.2.10 陶瓷球提升循環(huán)裝置
        2.2.11 其他部件
    2.3 本章小結(jié)
第三章 生物質(zhì)熱裂解液化裝置的安裝與調(diào)試
    3.1 機(jī)架
    3.2 工業(yè)示范裝置設(shè)備安裝
    3.3 工業(yè)示范裝置數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)安裝
        3.3.1 總控柜及各樓層控制箱安裝
        3.3.2 布線及試機(jī)
        3.3.3 數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)的安裝與調(diào)試
    3.4 系統(tǒng)試運(yùn)行
    3.5 本章小結(jié)
第四章 生物質(zhì)熱裂解液化實(shí)驗(yàn)
    4.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)
    4.2 實(shí)驗(yàn)原料
        4.2.1 原料預(yù)處理
        4.2.2 原料特性分析
    4.3 實(shí)驗(yàn)參數(shù)及操作流程
        4.3.1 實(shí)驗(yàn)參數(shù)
        4.3.2 實(shí)驗(yàn)操作流程
    4.4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及結(jié)果分析
        4.4.1 不同溫度對(duì)生物油產(chǎn)率的影響
        4.4.2 生物油理化特性對(duì)比
    4.5 本章小結(jié)
第五章 生物質(zhì)熱裂解液化裝置的經(jīng)濟(jì)性分析
    5.1 生物質(zhì)熱裂解液化技術(shù)發(fā)展的可行性分析
    5.2 經(jīng)濟(jì)效益分析
        5.2.1 生物質(zhì)裂解產(chǎn)物應(yīng)用前景分析
        5.2.2 原料的收集與規(guī)模
        5.2.3 技術(shù)經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)指標(biāo)
        5.2.4 經(jīng)濟(jì)效益分析
    5.3 社會(huì)效益
    5.4 本章小結(jié)
第六章 全文總結(jié)以及下一步工作經(jīng)驗(yàn)
    6.1 全文總結(jié)
    6.2 下一步研究工作建議
致謝
參考文獻(xiàn)
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