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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:周志成
研究生(外文):Chih-Cheng Chou
論文名稱:石油焦氣化技術研究
論文名稱(外文):Investigation on the Gasification Process of Petroleum Coke
指導教授:賴維祥賴維祥引用關係
指導教授(外文):Wei-Hsiang Lai
學位類別:碩士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:航空太空工程學系碩博士班
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:84
中文關鍵詞:石油焦氣化
外文關鍵詞:GasificationPetroleum coke
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摘要
氣化燃燒技術原本是一種燃煤技術。控制定比例的煤碳與氧化劑經過不完全的燃燒後,可得到潔淨的燃氣氫氣與一氧化碳以供燃燒。值得注意的是,此燃燒技術並亦可用於再生能源或生質能的燃燒上。在國外,此種燃燒技術已發展多年,但國內的相關研究並不多,尤其是針對煉油後的廢棄物-石油焦。
本研究將從了解石油焦特性做起,以元素分析、熱重分析及傅立葉紅外線頻譜分析來分析石油焦的成分及組成份量。由元素分析得到石油焦的含碳量高達87%,含氫量則約為4%,證明國內的石油焦是值得利用的能源;而由熱重分析及紅外線光譜分析得到石油焦的氣化溫度約為600℃。而後建立批次式固定床式的小型氣化反應爐,以溫度、壓力及氧化劑流量做為控制參數進行實驗,對石油焦氣化的條件及現象進行初步的觀察。實驗結果發現,石油焦氣化可分成三階段,第一階段氣化出的氣體為土黃色,有硫磺味,並帶有焦油,此時即有氫氣生成;第二階段產氣為白色,燃燒時火焰顏色為淡紅色;第三階段無法目視產氣,但可將氣體點燃,火焰為藍色,但需在無光環境中觀察。以氣相層析分析儀分析所得產氣,發現產氣中含有氫氣而不含一氧化碳。固定進氣量為3.3 l/min,當進料率為105 g/min時,所得產氣中可量得最高氫氣濃度可達89%;而當進料率為28 g/min時,產氣中的氫氣濃度為47%。利用元素分析所得結果進行氫氣裂解計算,與實驗結果分析比對,發現計算所得的氫氣濃度與實驗結果相近,以此推斷本實驗雖已加入氧化劑,但氧化劑過低,造成反應狀態仍處於裂解階段。為順利使反應進入氣化階段,未來應增加反應爐中的氧化劑流量,亦即提高反應爐中的O/C比值。
Abstract
Gasification is one of combustion technologies, in which combustion is controlled in a less oxidizer condition to produce gas CO and H2. This technology is usually used in coal combustion, but it also applied in other areas like low BTU energy utilization. In this research, gasification technology is applied on petroleum coke. Petroleum coke is worth to be an energy source because of its high carbon composition.
To observe the relations between experimental parameters and phenomenon of gasification is the main purpose in this research. Chemistry analysis including element analysis, thermogravity analysis and Fourier infrared spectrometry are run first to get the chemistry properties of petroleum coke. The result of element analysis shows that petroleum coke contains 87% carbon and 3% hydrogen. And from thermogravity analysis and Fourier infrared spectrometry testing, 600 ℃ is found to be the initial gasification temperature.
Then, a small fixed-bed gaisifier is built to run experiments. Temperature and oxygen flow are the parameters controlled. Three phases are observed in the gasification process. The color of gas produced from gasifier is yellow first, then it turns into white, and it can’t be observed finally. Collect the gas by sample bags and analysis it by gas chromatography. When air feed rate is fixed as 3.3 l/min, fuel feed rate is fixed as 105 g/min, there is 89% hydrogen in the gas. In the same state but fuel feed rate changed to 28 g/min, there is 47% hydrogen in the gas. But in all products, no carbon monoxide is measured. Calculate the concentration of hydrogen by cracking petroleum coke. Compare the result of calculation and experiments, the concentration of hydrogen is similar. And so, in this research, though some oxygen is fed into reactor, but it’s still too few to gasify petroleum coke.
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 氣化原理 3
1.3 氣化方式 5
1.3.1 固定床式氣化爐(Fixed Bed) 5
1.3.2流化床式氣化爐 (Fluidized Bed) 6
1.3.3 混化床式氣化爐(Entrained Bed) 7
第二章 實驗設備和儀器 8
2.1 燃料分析用儀器 8
2.1.1石油焦簡介 8
2.1.1元素分析(EA) 8
2.1.3熱重分析法(TGA) 9
2.1.4傅立葉紅外線光譜分析(FTIR) 10
2.2 氣化爐實驗設備 12
2.2.1加熱與溫控裝置 12
2.2.2反應爐管 14
2.2.3進退料裝置 15
2.2.4進氣與排氣裝置 15
2.2.5量測與記錄裝置 16
第三章 實驗方法及步驟 18
3.1 熱重分析與紅外線光譜分析實驗步驟及方法 18
3.2氣化爐實驗方法及步驟 19
第四章 實驗結果與討論 21
4.1元素分析實驗結果 21
4.2熱重分析與紅外線光譜分析實驗結果 22
4.3氣化爐實驗結果 26
4.3.1 初期設備實驗結果與討論 26
4.3.2 中期設備實驗結果與討論 26
4.3.3 目前設備實驗結果與討論 28
4.3.3.1 加熱測試 29
4.3.3.2 燃料重量與堆積高度測試 29
4.3.3.3 進料速率測試 30
4.3.3.4 氣化實驗結果 30
4.3.3.4.1 不同溫度的氣化實驗結果 31
4.3.3.4.2不同進氣量氣化實驗 32
4.3.3.4.3 氣化現象觀察實驗 32
4.3.3.4.4 氣化產氣分析實驗 33
4.4.3.5 以元素分析結果計算氫氣產量與實驗結果比較 34
第五章 結論 38
第六章 未來工作 40
參考文獻 41
自 述 85
著作權聲明 86
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