| 题名 | 生物质热解油制备合成气研究 |
| 作者 | 汪永威 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2010-11-26 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 导师 | 林伟刚 ; 宋文立 |
| 关键词 | 生物油 生物油煤浆 气化 合成气 催化气化 |
| 其他题名 | Production of synthesis gas from biomass fast pyrolysis oil |
| 学位专业 | 化学工程 |
| 中文摘要 | 生物质作为唯一的含碳可再生能源却存在着原料多样而分散、地域和季节性差异显著、能量密度低、运输和存储成本高等问题。“分散制油，集中制气”是解决生物质原料问题的途径之一，而生物油的气化技术则是通过这一途径实现生物质大规模利用的关键。本论文从生物油的气化和生物油煤浆的气化两个方面对生物油制备合成气进行了研究，提出了一种适合于商业化利用生物油的新工艺——生物油与煤制成生物油煤浆后进行共气化制备合成气，并重点对生物油煤浆的成浆性能和气化性能进行了研究。首先，对生物油的气化进行了理论分析和实验研究，取得了如下重要成果：根据吉布斯最小自由能原理从理论上分析了温度、气化剂种类及其加入量对生物油气化的影响，对生物油气化过程的理论积炭量进行了计算：温度的升高、水蒸汽等气化剂的加入都有利于减少积炭；借助TG-FTIR对生物油的气化过程进行了研究：生物油的气化分为多个阶段，有轻组分的挥发、重质组分的挥发与气化、固定碳的气化等。针对生物油在高温下结焦从而造成进料管路堵塞的问题，设计了一套带有冷凝进料和真空保温层的固定床气化反应器，使得生物油能够保持常温状态顺利进入反应器并迅速与催化剂床层接触，且不会形成生物油蒸汽的冷凝。利用设计的反应器考察了自制的镍基催化剂和商业催化剂的催化活性和抗积炭性能，结果表明：商业催化剂Z402-4和Ni/La2O3-γ-Al2O3均具有良好的催化性能。考察了生物油在高温（>1000°C）条件下的非催化气化性能，实验结果显示：升高温度有利于生物油向合成气转化，在1200°C下，碳转化率可达95%以上，产品气中有效气成分（CO+H2）含量较高，这是由于其组成主要由水煤气变换反应和甲烷气化重整反应来决定；根据实验结果推测了生物油高温气化的反应历程。其次，本论文重点研究了生物油煤浆的成浆性能和气化特性，并对生物油煤浆气化的相关工艺参数进行了计算，取得了如下创新成果：利用不同的煤在不加任何添加剂的条件下制备出了几种生物油煤浆，生物油煤浆属于宾汉姆流体，能够存放4-5天没有软沉淀，存放数月没有硬沉淀产生。考察了不同煤种煤的成浆性能，无烟煤的成浆浓度可达42%；提出了生物油煤浆的稳定机理。在固定床上对生物油煤浆的气化特性进行了考察，结果表明：采用水蒸汽气化时，合成气有效气（H2+CO）的产率随着温度的升高而升高；合成气中的H2/CO随着水碳比的增大而增大，随着温度的升高而减小；产品气的热值在12MJ/Nm3左右；采用氧气气化时，氧气在提高了原料碳转化率的同时也消耗了产品气中的部分有效气；相比阳泉无烟煤来说，府谷烟煤制得的生物油煤浆的气化活性更高，同时所得产品气中的有效气含量也较阳泉无烟煤高。将工业气化炉的计算方法运用到生物油煤浆的气化过程，对同种煤得到的生物油煤浆和水煤浆在工业气化炉上气化时的工艺参数进行了计算和对比，结果显示：采用生物油煤浆气化的冷煤气效率较水煤浆气化大大提高，达到近80%，接近粉煤气化的水平；生物油煤浆气化的比氧耗也较水煤浆气化低20%左右；生物油煤浆气化所得产品气中的有效气成分含量也得到大幅度提升。基于现有的技术对生物油煤浆气化的原料生产成本的分析表明生物油煤浆气化在经济上具备可行性。 |
| 英文摘要 | Biomass is the only renewable energy source contains carbon. However, biomass production is diverse, widespread, significant regional and seasonal variable, low energy density and high costs for transportation and storage. "Satellite fast pyrolysis, centralized gasification" may be a solution to overcome drawbacks of biomass feedstock. Therefore, the bio-oil gasification is a key technology to large-scale utilization of biomass through this route. Production of synthesis gas via bio-oil gasification and coal bio-oil slurry (CBS) gasification has been studied both theoretically and experimentally in this thesis, and a new process for the commercial utilization of bio-oil that produce synthesis gas by gasifying CBS made by coal and bio-oil is proposed. The slurrability and gasification performance of CBS are researched in detail. |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2013-09-22 |
| 页码 | 165 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.ipe.ac.cn/handle/122111/1630]  |
| 专题 | 过程工程研究所_研究所（批量导入） |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 汪永威. 生物质热解油制备合成气研究[D]. 中国科学院研究生院. 2010. |
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