跳到主要內容

臺灣博碩士論文加值系統

(44.200.171.156) 您好!臺灣時間:2023/03/22 03:06
字體大小: 字級放大   字級縮小   預設字形  
回查詢結果 :::

詳目顯示

我願授權國圖
: 
twitterline
研究生:陳柏勳
研究生(外文):Bo-Shiun Chen
論文名稱:利用流體化床氣化聚丙烯之研究–反應溫度與水蒸氣流速對於產率之影響
論文名稱(外文):Pyrolysis of Polypropylene in a Fluidized Bed Reactor – Effects of the Reaction Temperature and Flow Rate of Steam on the Product Yields
指導教授:盧贊生盧贊生引用關係
指導教授(外文):T. S. Lu
學位類別:碩士
校院名稱:長庚大學
系所名稱:化工與材料工程研究所
學門:工程學門
學類:化學工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2008
畢業學年度:97
論文頁數:131
中文關鍵詞:聚丙烯氣化流體化床水蒸氣
外文關鍵詞:PyrolysisPolypropyleneFluidized bedSteam
相關次數:
  • 被引用被引用:0
  • 點閱點閱:209
  • 評分評分:
  • 下載下載:0
  • 收藏至我的研究室書目清單書目收藏:0
此篇論文,以聚丙烯作為反應原料,利用氣-固流體化床反應器進行熱裂解反應。其水蒸氣為過熱水蒸氣,特點是可以減低碳黑的產生並且能使H2和CO之產量提高。改變裂解溫度(500 ℃、550℃、600 ℃)以及改變水蒸氣之流量(19.54 g/min~37.85 g/min),進而探討溫度與流體流量的不同對於固態殘留物、液態產率以及氣態產率之影響,且利用氣相層析儀分析氣體組成成分的不同及其重量百分比。結果顯示,水蒸氣流量為19.54 g/min 且反應溫度為600 ℃ 時,有最低的固態剩餘率、最低的液態產率和最高的氣態產率,分別為:0.71 wt%、5.20 wt% 以及76.81 wt%;而在水蒸氣流速為37.85 g/min 且反應溫度為500℃ 時,有最高的固態剩餘率、最高的液態產率和最低的氣態產率,分別為:2.88 wt%、20.13 wt% 以及62.21 wt%。
研究結果亦獲得反應溫度與水蒸氣流速對於氣態組成百分比所造成的影響。以流體流量的影響而言,CH4和CO之重量百分比隨著水蒸氣流量的增加而遞減。CO2、C2H6和C2H4之重量百分比並不會隨著水蒸氣流速增加而有顯著的上升或下降。以溫度的影響而言,反應溫度升高,H2、CO、CO2、CH4、C2H4、C2H6和C3+之重量百分比會有增加的趨勢。
Polypropylene (PP) was selected as fed material to study the product distribution of the pyrosis reaction carried out in a assembly gas-solid fluidized bed equipment. Super-heated steam was used as fluidized gas due to the less production of carbon black and the enhancement of H2 and CO yield. Experimental study of the effects of reaction temperature (500 , 550 and 600℃) and steam flow rate (19.54 - 37.85 g/min) on the solid residue , liquid yield , and gas yield was performed . The components and composition of the gas product were determined by gas chromatography.
Experimental results showed that at steam flow rate of 19.54 g/min and reaction temperature of 600℃ , there are the minimum solid residue , minimum liquid yield , and the maximum gas yield , i.e. 0.71 wt% of solid residue , 5.20 wt% of liquid yield , and 76.81 wt% of gas yield. However , at the steam flow rate of 37.85 g/min and temperature of 500℃ , there are the highest solid residue , highest liquid yield , and the lowest gas yield , i.e. 2.88 wt% of solid residue , 20.13 wt% of liquid yield , and 62.21 wt% of gas yield , respectively.
Experimental results also showed the effects of reaction temperature and steam flow rate on the gas chromatography of the pyrolysis of PP. The yield of the CH4 and the CO decrease with the increase of the flow rate of steam , but the yield of CO2 , C2H6 , and C2H4 are less influenced by the flow rate of steam. It also showed that increases the pyrolysis temperature , led to increases the various gas yield , i.e. H2 , CO , CO2 , C2H4 , C2H6 , and other gases.
目 錄
指導教授推薦書
口試委員會審定書
授權書 iii
誌 謝 iv
中 文 摘 要 v
英 文 摘 要 vi
目 錄 vii
圖目錄 xi
表目錄 xiv
第一章 簡 介 1
1-1 前言 1
1-1-1 生質物的定義 3
1-1-2 生質能定義 3
1-1-3 生質物之能源轉換與應用技術 3
1-1-4 生質能源的轉換流程階段 4
1-1-5 我國生質能源應用現況與展望 5
1-2 研究目的 7
1-3 研究方法 8
第二章 文獻回顧及原理 9
2-1 文獻回顧 9
2-1-1 塑膠的熱裂解 9
2-1-2 其他生質物的裂解 13
2-2 熱裂解簡介 15
2-2-1 何謂熱裂解 15
2-2-2 熱裂解基本原理 15
2-2-3 塑膠熱裂解機制 19
2-2-4 影響裂解產物分佈的因素 21
2-2-5 蒸氣重組反應 22
2-3 流體化床簡介 24
2-3-1 粒子床分類 24
2-3-2 氣-固流體化床反應器種類 25
2-3-3 水蒸氣流動對於氣-固反應器之影響與現象 34
2-3-4 流體化床之優缺點 38
2-4 最小流體化速度 40
2-5 終端速度 45
第三章 實驗方法及步驟 48
3-1 藥品與分析用氣體及器具 48
3-2 反應器設備圖及各閥件名稱 49
3-2-1 實驗設備圖 49
3-2-2 各閥件名稱 51
3-3 實驗設備介紹 53
3-4 實驗所使用的儀器設備 61
3-5 實驗之操作步驟 65
3-5-1 利用篩析法篩出適當粒徑的氧化鋁砂 65
3-5-2 電熱式鍋爐操作步驟 66
3-5-3 測漏步驟 67
3-5-4 預熱步驟 68
3-5-5 裂解反應步驟 70
3-5-6 氣相層析儀操作步驟 74
3-6熱重分析法分析聚丙烯 78
第四章 結果與討論 80
4-1 溫度對於最小流體化速度的關係 80
4-2 溫度對於終端速度的關係 82
4-3 針閥角度與流量以及流速的關係 83
4-4 反應溫度對水蒸氣於反應器內流速的關係 85
4-5 實驗紀錄表 86
4-6 水蒸氣流量對裂解反應之影響 93
4-6-1 水蒸氣流量對產物產率之影響 93
4-6-2 水蒸氣流量對氣體產物組成之影響 98
4-7 反應溫度對裂解反應之影響 102
4-7-1 反應溫度對產物產率之影響 102
4-7-2 反應溫度對氣體產物組成之影響 106
第五章 結論 110
參考文獻 112

圖目錄
圖1 2001年世界初級能源供應比例 1
圖2 2001年世界再生能源供應比例 2
圖3 可燃性再生物所佔廢棄物之百分比 2
圖4 生質物轉換成能源的流程圖 4
圖5 生質能轉換技術與應用方式 5
圖6 2007年全球聚丙烯總產能 7
圖7 熱裂解基本反應機制 16
圖8 聚丙烯的熱裂解反應機制 20
圖9 粒子床分類 25
圖10 氣泡式流體化床示意圖 27
圖11 循環式流體化床示意圖 28
圖12 渦旋式流體化床示意圖 30
圖13 噴流床示意圖 32
圖14 粒子流體化情況及其分類 37
圖15 粉粒體粒子力平衡圖 45
圖16 實驗設備流程圖 50
圖17 流體化床反應器示意圖 56
圖18 氣體儲槽示意圖 60
圖19 氣體儲槽上升高度與儲存體積之關係圖 60
圖20 反應器控制面板 61
圖21 聚丙烯熱重分析圖 79
圖22 反應溫度與最小流體化速度關係 81
圖23 反應溫度與終端速度關係 82
圖24 針閥角度與蒸氣流量之關係 84
圖25 水蒸氣流量與總產率之關係 93
圖26 水蒸氣流量與固態殘餘率之關係 94
圖27 水蒸氣流量與液態產率之關係 94
圖28 水蒸氣流量與氣態產率之關係 95
圖29 反應溫度500℃下氣態組成成分產率 98
圖30 反應溫度550℃下氣態組成成分產率 99
圖31 反應溫度600℃下氣態組成成分產率 99
圖32 反應溫度與總產率之關係 102
圖33 反應溫度與固態殘餘率之關係 103
圖34 反應溫度與液態產率之關係 103
圖35 反應溫度與氣態產率之關係 104
圖36 平均流速0.326 g/sec各溫度氣態組成之產率 106
圖37 平均流速0.401 g/sec各溫度氣態組成之產率 107
圖38 平均流速0.631 g/sec各溫度氣態組成之產率 107

表目錄
表一 各階段生質能轉化推廣實績與推廣目標 6
表二 聚乙烯熱裂解之文獻 12
表三 聚丙烯熱裂解之文獻 13
表四 一次和二次裂解中三階段過程之產物 18
表五 常見塑膠熱裂解之反應機制與產物 19
表六 氣-固相反應器之特性與比較 24
表七 噴流床與氣泡床的差異 32
表十 實驗用藥品 48
表十一 實驗分析用氣體 48
表十二 實驗分析用器具 49
表十三 軟水機規格 53
表十四 自動電熱式鍋爐規格 54
表十五 氣相層析儀分析管柱規格與操作條件 64
表十六 熱重分析儀反應物及反應條件 78
表十七 各反應溫度黏度與密度之值 80
表十八 各反應溫度之最小流體化速度 80
表十九 各反應溫度之終端速度 82
表二十 針閥角度與流量及流速關係 83
表二十一 反應溫度對於水蒸氣流速於反應器內的影響 85
表二十二 各實驗所得之結果記錄 86
表二十三 溫度為500℃ 針閥角度為180° 時之實驗流程記錄 88
表二十四 氣態產物各成分之體積百分比 90
表二十五 氣體產物各成分之計算值 91
表二十六 氣態產物各成分之產率 92
參考文獻
【1】 International Energy Agency, Renewables Information , 2003 , IEA - 2003
【2】 李宏台,<生質能源利用展望>,化工技術,2004年10月
【3】 吳煌,<潔淨再生能源設備產業發展策略論壇>,台北,2002
【4】 工研院IEK-ITIS計畫,化學經濟,2008年3月增刊號
【5】 Schnabel W. , Thermal Degradation , Polymer Degradation , Macmillam Publishing Co. , Inc. , New York , pp. 25-63 , 1981
【6】 Mariko I. , “ Effect of Temperature on the Decomposition Machanism of Polypropylene ” , Journal of Polymer Science , Vol.22 , pp.83-88 , 1984
【7】 Hemiburg R. W. , “ Environmental Effects of the Incineration of Plastic ” , AIChe Symposium Series , Vol. 68 , No.122 , pp. 21-27 , 1971
【8】 Kuester , J. L. Specialists , Workshop on Fast Pyrolysis of Biomass , Diebold , J. , Ed. , Solar Energy Research Institute Golden , CO , pp. 253-270 , 1980
【9】 Igarashi M. , Hayafune Y. , Sugamiya R. , and Nakagawa Y. J. , Energy Resour. Technol. pp.377-382 , 1984
【10】 Kaminsky W. and Frank J. , Anal. J. Appl. Pyrolysis.19 , pp.311 , 1911
【11】 R. Rahanenführer , Ph. D. Thesis ,University of Hamburg , 1993
【12】 Vyazovkin , S.V. , Bogdanova , V.V. , Klimovtsova , I.A. and Lesnikovich , A.I. , “ Invariant Kinetic Parameters of Polymer Thermolysis ” Journal of Science , Vol. 44 , pp.2157-2160 , 1992
【13】 Conesa J. A. , Font R. , Marcilla A. , and Garcia A. N. , “Pyrolysis of Polyethylene in a Fluidized Bed Reactor ” Energy & Fuels , Vol. 8 , pp.1238-1246 , 1994
【14】 Simon C. M. , Kaminsky W. , Schlesselmann B. “Pyrolysis of Polyolefins with Steam to Yield Olefins” , Journal of Analytical and Applied Pyrolysis , Vol. 38 , pp. 75-87 , 1996
【15】 Kaminsky W. , Simon C. M. , Schlesselmann B. , Journal of Analytical and Applied Pyrolysis , Vol. 32 , pp.19-27 , 1995
【16】 Kaminsky W. , Simon C. M. , Schlesselmann B. , Polymer Degradation and Stability Vol. 53 , pp. 189-197 , 1996
【17】 Kaminsky W. , Kim J. S. , Journal of Analytical and Applied Pyrolysis , Vol. 51 , pp3 127-134 , 1999
【18】 Kaminsky W. , Kastner H. , Hydrocarbon process , pp.109-112 , May 1995
【19】 Arena U. , Mastellone M. L. , Perugini F. , Ponte M. , “ Fluidized Bed Pyrolysis of Recycles Polyethylene ” , Polymer Degradation and Stability , Vol. 76 , pp. 479-487 ,2002
【20】 Mertinkat J. , Kirsten A. , Predel M. , Kaminsky W. , Journal of Analytical and Applied Pyrolysis , Vol. 49 , pp. 87-95 , 1999
【21】 Predel M. , Kaminsky W. , “ Pyrolysis of Mixed Polyolefins in a Fluidized-bed reactor and on a Pyro-GC/MS to Yield Aliphatic Waxes ” , Polymer Degradation and Stability , Vol. 70 , pp. 373-385 , 2000
【22】 Okui T. , Ogo Y. , “ Thermolysis and Hydrogenolysis of Polyethylene under Steam Pressure ” , Journal of Analytical and Applied Pyrolysis , Vol. 25 , pp. 747-759 , 1980
【23】 Tsuchiya Y. , Sumi K. , “ Thermal Decomposition Products of Polyethylene ” , J. Polym. Sci. : Part A-1 , Vol. 6 , pp. 415-424 ,1968
【24】 Piioja E. , “ Thermal Degradation of Polyethylene ” , Makromol. Chem. , Vol. 27 , pp. 305-309 , 1989
【25】 Scott D. S. , Czernik S. R. , Piskorz J. , “ Fast Pyrolysis of Plastic Wastes ” , Energy & Fuels , Vol. 4 , pp. 407-411 , 1990
【26】 Kaminsky W. , Rossler H. , “ Olefins form Wastes ”, Chemtech. , Vol. 22 , pp. 108 , 1992
【27】 Davis T. E. , Tobias R. L. , Peterli E. B. , “ Thermal Degradation of Polypropylene ” , J. Polym. Sci. , Vol. 56 , pp. 485-499 , 1989
【28】 Grassie N. , Leeming W. B. , “ Some Aspects of the Poto. , Photothermal and thermal Decomposition of Polypropylene under Vacuum ” , Eur. Polym. J. , pp. 809-818 , 1975
【29】 Madorsky S. L. , “ Thermal Degradation of Organic Polymers ” , Rep. Krieger , 1975
【30】 Ishiwatari M. , “ Effect of Temperature on the Degradation Mechanism of polypropylene ” , J. Polym. Sci. , Vol. 22 , pp. 83-88 , 1984
【31】 Scott D. S. , Piskorz J. , Can J. , Chem Eng. , Vol. 60 , pp. 666-674 , 1982
【32】 Scott D. S. , Piskorz J. , Can J. , Chem Eng. , Vol. 60 , pp. 404-412 , 1984
【33】 Font R. , Marcilla A. , Verdú E. , Devesa J. , Ind. Eng. Chem. Process Res. Dev. , Vol. 25 , pp. 491-496 , 1986
【34】 Rensfelt E. , Blomkvist G. , Ekstrom C. , Engstrom S. , Espenas B. C. , Linanki L. , “ Basic Gasification Studies for Development of Biomass Medium-Btu Gasification Process ” , I. G. C. Conference in Energy form Biomass and Wastes , Washington D. C. , 1978
【35】 Luo Z. Y. , Wang S. R. , Dong L. J. , Fang M. X. , Gu Y. L. , “ Research on Flash Pyrolysis of Biomass for Bio-oil in a Fluidized Bed Reactor ” , Reno : Proceedings of 16th International Conference on Fluidized Bed Combustion , pp. 5 , 2001
【36】 Asadullah M. , Rahman M. A. , Ali M. S. , Motin M. A. , Sultan M. B. , Alam M. R. , “ Production of Bio-oil form Fixed Bed Pyrolysis of Bagasse ” , Fuel , Vol. 86 , pp. 2514-2520 , 2007
【37】 陳兆泰,易小明,〈流體化床中木屑的催化氣化〉,《石油季刊》,第43卷第2期,頁57-70,民國96年
【38】 Antal M. J. , “ Synthesis Gas Production form Organic Wastes by Pyrolysis / Steam Reforming ” , I. G. C. Conference in Energy form Biomass and Wastes , Washington D. C. , 1978
【39】 Nik-Azar , Hajaligol M. R. , Sohrabi M. , Dabir B. , “ Mineral Matter Effects in Rapid Pyrolysis of Beech Wood ” , Fuel processing Technology , pp. 7-17 , 1997
【40】 Cullis C. F. , Hirschler M. M. , “ The Combustion of Organic Polymers ” , Clarendon Press , Oxford , 1981
【41】 蔡耀輝,〈塑膠在氮氣中熱裂解產物之研究:氣體產物〉,國立台灣大學,碩士論文,民國83年
【42】 源朝經,〈利用蒸氣重組反應從廢塑膠製造氫氣〉,《化工技術》,第15卷第12期,頁202-207,民國96年
【43】 王榮基,〈流動床反應器〉,《化工技術》〈,第3卷第3期,頁80-85,民國84年
【44】 錢建嵩,《流體化床技術》,高立圖書有限公司,初版,台北,民國81年
【45】 呂理平,〈快速流體化床之簡介〉,《化工技術》,第6卷第9期,頁126-131,民國87年
【46】 林昭任,阮炯澤,張清樹,〈固體粒子的流體化床乾燥〉,《化工技術》,第10卷第9期,頁176-202,民國91年
【47】 Korenberg J. , “ Two-Stage Circulating Fluidized Bed Reactor And Method Operating the Reactor ” , US Patent 4 , pp. 521-688 , 1987
【48】 Nieh S. , Yang G. , “ particle Flow Patten in the Free Board of a Vortexing Fluidized Bed ” , Powder Technol. , Vol. 50 , pp. 121-131 , 1987
【49】 Mathur K. B. , Gishler P. E. , “ A Technique for Contacting Gases with Coarse Solid Particles ” , AIChE J. , 1: pp.157-164 , 1955
【50】 Bridgwater J. , “ Fluidization ” , Eds. , Academic Press , Ch. 6 ,1985
【51】 Mathur K. B. , Epstein N. , “ Spouted Beds ” , Academic Press , New York , 1974
【52】 Kunii D. , Levenspiel O. Fluidization Engineering , Butterworth-Heinemam , Boston , 2Ed , 1991
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
第一頁 上一頁 下一頁 最後一頁 top