餐饮废油快速热分解法制备生物质航空燃料的探索性研究

【类型】学位论文

【作者】吴云柯 

【关键词】 餐饮废油 快速热分解反应 新能源 生物质航空燃料

【摘要】进入21世纪第二个十年，国际能源形势日趋严峻，化石燃料开采面临枯竭，探索用于替代化石燃料的新能源已成为学术领域的热门研究方向，尤其是航空燃料领域，由行业性质决定并受政策影响，开发一种新型生物质航空燃料应用前景十分广阔。中国近年来频频发生食品安全危机，其中以餐饮废油流回餐桌问题与民众关系最为紧密，因此也最受关注。餐饮废油主要成分为油脂，只需找到特定催化剂并达到特定反应条件，油脂即可发生快速催化热分解反应。油脂热分解反应部分产物与航空燃料成分类似，可通过一定方式转化为与化石燃料性能接近的生物质航空燃料。本文主要探索一种以餐饮废油为原料，应用快速热分解法制备生物质航空燃料的新技术，对餐饮废油快速热分解反应原理、餐饮废油气化特性、餐饮废油快速热分解反应催化剂、餐饮废油快速热分解反应器以及餐饮废油快速热分解产物特性等与餐饮废油快速热分解法制备生物质航空燃料相关的多个方面进行研究。通过理论分析、实验研究与数值模拟，得到结论为：1.可对餐饮废油原料做减压加热的气化处理，即可在较低温度下使废油中所含油脂完全转化为油脂蒸汽。2.出本课题研究所用最佳催化剂为-M型催化剂，最佳催化反应温度为450～500℃。 餐饮废油快速热分解反应器设计方面，本文通过对不同类型反应器简单比较，选择固定床反应器作为本课题研究所用反应器方案，并在传统固定床反应器基础上，结合流动与换热数值模拟技术，对反应器内部结构进行有针对性设计。数值模拟结果表明，反应器内部选用双层催化剂柱沿反应段周向环状布局并在反应段入口安装预旋器可使流入反应段的流体在与催化剂接触时间、温升曲线等方面完全达到餐饮废油快速热分解反应发生的条件，并可有效避免传统固定床反应器内部催化剂与壁面缝隙、催化剂与安装架角区等区域存在的热量聚积、局部过热现象。其后本文展示了反应器实物并对餐饮废油快速热分解反应半工业化实验模拟做了简单介绍。 热分解反应产物特性方面，本文仅对部分产物理论燃烧温度做了计算。计算结果表明，餐饮废油快速热分解反应产物在油气当量比1，常温常压下燃烧温度可达约3500K，大大超过了常规航空燃料燃烧温度（3100K）。为使产物燃烧温度达到航空燃料所需温度，需要将产物与常规航空燃料按一定比例混合后再进行燃烧。

【学位名称】硕士

【学位授予单位】北京航空航天大学

【学位授予年度】2016

【导师姓名】高歌

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