磁场环境下生物质热解规律及机理研究

作     者：王启玉 

作者单位：天津大学 

学位级别：硕士

导师姓名：邓娜

授予年度：2018年

学科分类：080703[工学-动力机械及工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：油菜籽 磁场 磁化热解 Maxwell 3D磁场模拟 

摘      要：生物质快速热裂解液化作为一种热化学转化技术,可将固体生物质高效转化成易储存、易运输、能量密度较高的液体燃料——生物油。目前生物质热裂解液化生产工艺流程所制取的生物油存在水分含量高、含氧量高、黏度大、热值低、PH低、成分复杂和性质不稳定等缺点,限制了其作为高品位动力液体燃料的应用,需在现有生物质热裂解生产工艺流程和理论上进行优化与创新。本文以生物质——油菜籽作为原料,分别研究了磁化油菜籽后再热解过程、磁场中油菜籽热解过程及磁场中磁化热解油三种磁场形式作用过程。目的为探索优化热解产物分布,发现提升热解油品质新途径。本文主要研究结果总结如下:(1)磁化油菜籽后再热解实验中,发现油菜籽经0.45 T磁场中磁化一段时间后,与无磁化相比,其热解产物分布相近,同时所得热解油的物理特性和化学特性无明显变化。因此磁场并未通过对油菜籽结构特性造成影响进而导致热解产物发生变化。(2)油菜籽在磁场环境下热解,其油菜籽热解升温曲线和累计产气量曲线较无磁场时有明显变化,受热磁对流的影响,炉内传热传质增强导致热解速率加快,热解反应更加彻底,具体表现为随着磁感应强度的增大,炭产率降低,液产率基本保持不变,气产率升高。磁场促进了油菜籽热解,反应更加完全,促使热解碳向热解气方向转化。另一方面热解油的粘度明显降低,热解油中有机大分子类降低,有机小分子增加。以炉内4块磁铁为例,通过使用Maxwell软件实现对炉内磁场3D模拟,分析表明,炉内磁场大小从炉膛边缘到炉膛中心呈由小到大,然后由大再到小的变化过程。(3)磁化热解油实验中,通过对热解油不同时间的磁化,发现热解油物理特性和化学特性均发生改变,热解油粘度随着磁化时间的增加逐渐降低,当磁化4h后,粘度降幅达29.8%,含水率随着磁化时间的延长,将先降低后增加。根据不同时间段热解油化学组分含量变化,推导磁场中热解油可能的化学反应路径及相应的产物,推测可能发生的化学反应类型有腈类物质水解反应、烯烃类物质加成反应、甲苯类物质生成反应、醇类与酸类物质发生酯化反应等。