物理法改善生物质快速热裂解生物油品质的机理研究

生物质快速热裂解制取生物油技术是当今世界可再生能源发展领域中的前沿技术。然而，由于生物油具有化学成分复杂、理化特性不稳定性等特点，直接用它来取代传统的石油燃料受到了限制。本研究提出采用木炭分离系统、有机添加剂二种物理法对改善生物油固体颗粒含量高、黏度大、化学稳定性差、与常规化石燃油不相溶、热值低等品质指标的作用机理与效果。以自主研发的生物质喂入率为1-5kg/h 的流化床反应器生物质快速热裂解装置为研究对象，进行旋风分离器数值模拟研究，用旋风分离器数值模拟研究结果指导生物质热裂解制取生物油实验。开展旋风分离器与热蒸汽过滤器组合对热裂解生物油品质的影响研究，分析生物油贮存过程中可能发生的化学反应，探讨有机添加剂对提高生物油稳定性的影响机理，获得改善生物油稳定性复配添加剂的优化组合。达到改善生物油品质的目的，为生物油直接应用提供科学基础，开辟我国生物质废弃物资源化利用的新途径。

生物质快速热裂解制取生物油技术是当今世界可再生能源发展领域中的前沿技术。然而，由于生物油具有化学成分复杂、理化特性不稳定性等特点，直接用它来取代传统的石油燃料受到了限制。本研究提出采用木炭分离系统、有机添加剂二种物理法对改善生物油化学稳定性差的作用机理与效果。取得的主要结果如下：1）对旋风分离器数值模拟结果表明，直径为100μm以上生物质颗粒由于受到较大离心力的作用，较多的被甩向壁面，沿壁面螺旋下滑至分离器底部灰斗，被分离出来，其中500μm-1000μm的颗粒惯性更大，更容易保持原有的运动轨迹，达到较好的分离效果；2）与无热蒸汽过滤器的生物油相比，采用热蒸汽过滤器流化床反应器松木屑热裂解制取的生物油，其密度、固含量、水分、粘度都有不同程度的降低，说明热蒸汽过滤器对改善生物油的品质有一定促进作用；3）甜高粱茎秆残渣流化床反应器快速热裂解制取生物油实验结果表明，多级冷凝器的使用，可有效地分离生物油中的水分，生物油的含水率最低降至6.08wt%。40℃测试条件下，1、2、4、5号生物油的粘度分别为：1.89、41.39、90.15和445.86 mm2/s；4）分别选取乙酸乙酯、甲醇、丙二醇及丙酮作为添加剂，考察了添加剂对生物油长期储存（90天）理化性质稳定性的影响。结果表明，添加有机溶剂可以降低生物油的初始运动黏度，并且能降低生物油运动黏度的增长率。有机溶剂对生物油运动黏度的降低效果与添加量成正比。FT-IR和GC-MS分析结果均表明，有机溶剂会影响生物油内部成分，可以抑制生物油内有机酸的生成，控制生物油酸化，并能抑制生物油某些老化反应；5）采用Design-Expert软件中的响应面方法，开展了添加剂筛选及其对快速老化条件下生物油特性及稳定性影响的试验研究，结果表明，优化筛选实验所获得的最优复合添加剂的质量配比为：甲醇：乙酸乙酯：丙酮= 6.84: 1.00: 6.64, 该复合添加剂在验证实验中表现良好，能够达到与理论改善值无显著性差异的理想程度（P>0.05）；将不同配比的10 wt%复合添加剂添加到生物油中，在80℃下快速老化6个小时，结果表明，质量比例为10 wt%的最优复合添加剂能够显著降低生物油的运动粘度6.7-8.4倍，并能在一定程度上改善生物油的含水率、pH值、热值等特性。该项研究为生物油的储存与应用提供了科学的参考。