生物质快速热解制生物油及生物油精炼提质工艺研究

摘要

作为农业大国，我国生物质资源非常丰富，生物质经快速热解转化为运输燃料，是生物质作为替代能源的一个重要发展方向，受到越来越多人的关注，具有很好的研究前景。虽然之前生物质快速热解方面已经有过许多研究，但大多数只是停留在局部的研究，并没有对整体的工艺进行讨论。
　　本文运用ASPEN PLUS流程模拟软件，对生物质快速热解制生物油以及生物油的精炼提质整体流程进行建模分析，进行物料和能量衡算，并对其中的一些操作参数优化分析，为工艺的可行性论证和工业放大过程提供理论指导。
　　本文建立生物质快速热解制生物油的流程模型，包括：原料的预处理、快速热解、焦炭和不冷凝气体的燃烧三个部分。通过对日处理2000 t玉米秸秆的快速热解制生物油工厂各工段进行模拟，结果表明，整个过程各种形式的能耗为468.73×109 J/h，能量产出为531.6×109 J/h，能量产出大于能量消耗；将能量折算成标准煤用量后可知，生产1 kg生物油的能耗相当于0.7588 kg标准煤，同时产出的能量相当于0.8606 kg标准煤；焦炭的燃烧量为总量的86％时，可以满足过程的能量需求。
　　选用生物油的催化加氢、加氢裂解及产品回收和天然气重整制氢三个工艺模拟生物油的精炼提质过程。首先，选择水、丁烯酸、对苯二酚、糠醛、羟基丙酮、纤维二糖、左旋葡聚糖、二苯并呋喃以及二甲氧基二苯乙烯等化合物代表生物油，经催化加氢过程后各组分产率分别为：加氢油41.39%，水52.73%，小分子气体5.88%，与文献结果对比，基本符合实际生产情况；然后对得到的加氢油进一步加氢裂解，回收到汽油组分的产品8540 kg/h，柴油组分的产品10907 kg/h，产率分别为41.68%和53.23%；将能量折算成标准煤用量后可知，以初步生物油为原料生产1 kg的汽柴油的能耗相当于0.4319 kg标准煤。
　　最后，对天然气重整制氢过程建模分析，对重整反应器的温度、压力和水碳比进行优化，结果表明当温度720℃，压力20 bar，H2O/C=3时，系统效率达到最优，能耗折算成标准煤用量后可知，以天然气为原料生产1 kg氢气产品的能耗相当于5.59 kg标准煤。
　　此外，本文还建立了锅炉-蒸汽轮机热电联产系统的简单模型来进行系统的能量回收，利用过程中的废水、废气生成蒸汽和发电，提高了整个过程的经济性，计算可知能够生产48239.73 KW的电能。
　　综合以上各模型，本文对生物质快速热解转化为运输燃料的工艺进行物料衡算和有效能量汇总。发现日处理2000 t玉米秸秆的快速热解制生物油工厂，每吨干生物质可生产汽油组分102 kg，生产柴油组分131 kg，单位能量的生物质和天然气生产汽柴油的能量效率为46.47%。

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引言

1 文献综述

1.1 生物质的转化利用方法

1.2 生物质快速热解研究概述

1.3 生物油精炼提质研究综述

1.4 工艺设计方法

1.5 论文主要研究内容

2 生物质快速热解制生物油的工艺分析

2.1 工艺简介

2.2 模型的建立

2.3 结果与讨论

2.4 本章小结

3 生物油精炼提质工艺分析

3.1 工艺简介

3.2 工艺路线的确定

3.3 生物油催化加氢过程模拟及工艺分析

3.4 加氢裂解及产品回收过程模拟和工艺分析

3.5 生物油精炼提质过程的综合能耗分析

3.6 本章小结

4 天然气重整制氢及热电联产工艺分析

4.1 天然气重整制氢过程模拟及工艺分析

4.2 热电联产工艺分析

4.3 本章小结

5 整个工艺的衡算与分析

5.1 物料衡算

5.2 能量衡算

5.3 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

个人简历

硕士在校期间发表的论文

致谢