本文關(guān)鍵詞：物料蛋白和油脂含量對水熱液化成油及其粗油提質(zhì)的影響研究　出處：《中國農(nóng)業(yè)大學》2017年博士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：水熱液化轉(zhuǎn)換效率取決于制備工藝中的各種參數(shù),包括反應(yīng)溫度、停留時間,原料組成及催化劑。所制備的生物油的組成成分主要受原料的組分影響,包括蛋白質(zhì)、碳水化合物和脂類等有機組分。根據(jù)原料組分的不同水熱液化所產(chǎn)生物原油的組分存在明顯的差異,生物原油中含有較高的氧、氮元素,這使其品質(zhì)比石化原油低劣,需要進行油品提質(zhì)。水熱液化生物原油品質(zhì)受原料組分的影響,催化水熱液化提質(zhì)反應(yīng)中元素遷移分布主要由反應(yīng)溫度決定。本文比較兩種脂肪和蛋白質(zhì)含量差異顯著的原料,通過水熱液化反應(yīng)考察其產(chǎn)油特性,脂肪和蛋白質(zhì)含量如何影響水熱液化生物原油產(chǎn)量和原油品質(zhì),并使用催化提質(zhì)工藝對重油產(chǎn)物催化提質(zhì),目的在于提高原料利用率的同時,增加高品質(zhì)生物原油的轉(zhuǎn)化效率。通過實驗考察反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間、原料含固量、催化劑用量對水熱液化各相產(chǎn)物產(chǎn)量的影響。實驗結(jié)果表明影響產(chǎn)油率的因素依次均為:反應(yīng)溫度反應(yīng)時間固液比,低脂高蛋白原料在反應(yīng)溫度為260℃、反應(yīng)時間60 min、固液比25%,轉(zhuǎn)化率為55.0%;高脂低蛋白原料在反應(yīng)溫度220℃、反應(yīng)時間90 min、固液比20%,最佳轉(zhuǎn)化率為82.9%。最佳反應(yīng)條件下制備的生物原油特性即物質(zhì)組成并不是最優(yōu)品質(zhì)。研究表明在相同水熱液化條件下低脂高蛋白原料制備的生物原油中碳氫化合物的含量高于高脂-低蛋白原料所產(chǎn)重油,但產(chǎn)油量較低。隨著反應(yīng)溫度的升高重油轉(zhuǎn)化率均有所下降但油品質(zhì)提升,水熱液化產(chǎn)油率與油品成不一致性。在重油提質(zhì)環(huán)節(jié)使用實驗室制備的FeZSM-5型催化劑,通過實驗考察催化水熱液化反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間及原料含固量關(guān)鍵因素對水熱液化各相產(chǎn)物分布的影響。在反應(yīng)溫度410℃,過程壓強28 MPa,反應(yīng)時間60 min,含固量25%超臨界條件下,重油產(chǎn)率為19%。實驗結(jié)果表明隨著水熱液化反應(yīng)溫度的升高,水相產(chǎn)物中有機碳含量及氮元素含量相對增加。結(jié)果表明催化劑可有效提升生物質(zhì)水熱液化反應(yīng)效率,提高油相中的碳回收和水相中氮回收效率。為了避免原料有機碳的損耗,有效利用生物質(zhì)原料,在260℃、初始壓強2 MPa條件制備生物原油,使其獲得最大的粗油產(chǎn)率55%,再通過二次提質(zhì)工藝使生物原油的油品提高是有效的技術(shù)手段。實驗結(jié)果表明水熱液化與催化熱解反應(yīng)相結(jié)合的方法,將低脂高蛋白生物質(zhì)的水熱液化過程重油產(chǎn)物,用于FeZSM-5催化熱解提質(zhì)工藝中,對提高低脂高蛋白原料重油轉(zhuǎn)化率和油品非常有效。催化提質(zhì)溫度在320℃,反應(yīng)時間為3h,重油提質(zhì)后最大產(chǎn)率81.3%,最高HHV為40.80 MJ/Kg,反應(yīng)體系中能量回收率可在80%以上。高脂-低蛋白廢棄物原料進行水熱液化與重油催化提質(zhì)實驗,擬通過不同原料組分水熱液化與重油催化提質(zhì)實驗,進一步對兩種原料的產(chǎn)油及提質(zhì)特性進行對比,試為水熱液化工業(yè)化生產(chǎn)開辟一條新的原料選擇途徑。催化提質(zhì)重油均有很高的熱值,其中在320℃反應(yīng)時間3 h,所得到重油的高位熱值為43.52MJ/kg,與石化石油的高位熱值(41MJ/kg)相接近。低蛋白高脂組分的特性影響使得原料中含的氮元素質(zhì)量較少。提質(zhì)后的重油產(chǎn)物中所含有的氮元素含量在反應(yīng)溫度320℃,反應(yīng)溫度180 min,重油產(chǎn)物中氮元素含量為0.39%,該催化提質(zhì)反應(yīng)條件下得到的重油產(chǎn)率為78.63%。生物原油提質(zhì)工藝作為水熱液化工業(yè)化生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié),在提高生物原油重油產(chǎn)量的同時可提高生物原油的能量密度。通過實驗證實水熱液化和催化熱解提質(zhì)結(jié)合可以有效提高原料利用率,提高生物原油品質(zhì)。
【學位授予單位】：中國農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TE667

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