基于感应加热方法的流化床生物质气化试验与模拟
发布时间：2022-02-18 15:51
生物质气化制取燃气或富氢合成气,是生物质能转换利用的有效途径,对于能源的可持续利用和环境保护具有重要意义,目前还处于探索阶段。很多学者对生物质制氢技术进行了较为深入的研究,但由于气化反应器和气化剂的差异,以及操作条件的影响所取得的效果也各不相同。针对这个问题,提出基于感应加热技术的流化床生物质气化技术路线,设计并建立了小型感应加热式生物质气化试验系统,从反应器内部为流态化的生物质颗粒热解和气化过程提供热量,实现气化过程的全程准确控温,并进行了气化反应器的升温特性试验、进料速率标定试验。以稻壳为生物质原料,水蒸汽和空气为气化剂,进行了生物质气化制取高热值燃气实验、生物质气化制氢试验,对生物质气化工艺过程进行模拟计算,最后进行了生物质气化过程的（?）分析。主要研究内容和结论如下：进行生物质气化制氢试验研究,考察了气化温度、蒸汽生物质质量比（S/B）、当量比（ER）对产物气成分和产氢率的影响。试验结果表明：气化温度在800℃时,H2浓度随着S/B增大或ER减小而升高,H2产率分别在S/B为1.5和ER为0.22存在最大值。在温度为950℃、S/B为1.5、ER为0.22时,H2浓度和产率同时...
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：136 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题研究背景
1.2 生物质气化技术概述
1.2.1 热化学转化技术概述
1.2.2 气化反应器
1.2.3 气化剂
1.3 生物质气化技术发展现状
1.3.1 国内研究动态
1.3.2 国外研究动态
1.4 生物质气化技术面临的问题
1.5 本文主要研究内容
1.6 本章小结
第2章 生物质气化反应动力学与气化性能评价指标
2.1 生物质原料基本特性
2.1.1 生物质原料的选择
2.1.2 工业分析和元素分析
2.1.3 生物质原料热值试验和估算
2.1.4 生物质原料热重分析试验
2.2 生物质气化反应动力学
2.2.1 气化过程及化学反应
2.2.2 化学平衡
2.2.3 碳的气化反应速率
2.2.4 Boudouard反应
2.2.5 水煤气反应
2.2.6 甲烷化反应和重整反应
2.2.7 变换反应
2.2.8 Gibbs自由能最小化原理
2.3 气化性能评价指标
2.3.1 气体产率
2.3.2 产物气热值
2.3.3 碳转化率
2.3.4 气化强度
2.3.5 气化效率
2.3.6 蒸汽分解率
2.3.7 产氢率
2.4 本章小结
第3章 感应加热式流化床生物质气化试验系统设计与调试
3.1 生物质气化系统工艺流程及设计原则
3.1.1 生物质气化系统工艺流程
3.1.2 系统设计原则
3.2 气化反应器模块设计
3.2.1 基于感应加热技术的流化床气化反应器中段
3.2.2 流化床气化反应器上段和下段
3.2.3 气化反应器的升温特性试验
3.3 进料模块设计
3.3.1 设备选型与设计
3.3.2 螺旋轴的设计计算
3.3.3 进料速率标定试验
3.4 气化剂模块设计
3.4.1 设备选型及设计
3.4.2 气化剂预热器设计
3.4.3 气化剂模块调试
3.5 净化模块设计
3.5.1 模块选型及设计
3.5.2 旋风除尘器
3.5.3 喷淋塔
3.6 测量模块
3.6.1 温度测量
3.6.2 流量测量
3.6.3 产物气组分分析
3.7 本章小结
第4章 感应加热式流化床生物质气化制富氢合成气试验研究
4.1 试验装置和方法
4.1.1 试验原料物性参数
4.1.2 试验设备及工况
4.1.3 采样与分析
4.2 感应加热式流化床生物质气化特性研究
4.2.1 气化温度对产氢率和产物气组成的影响
4.2.2 S/B对产氢率和产物气组成的影响
4.2.3 ER对产氢率和产物气组成的影响
4.3 本章小结
第5章 基于正交试验的生物质气化性能影响因素研究
5.1 生物质气化性能的影响因素
5.1.1 气化温度
5.1.2 当量比ER
5.1.3 蒸汽生物质质量比S/B
5.2 正交试验设计概述
5.3 生物质气化氢气浓度影响因素试验研究
5.3.1 试验装置及试验原料
5.3.2 试验因素确定和试验方案设计
5.3.3 试验结果及数据分析
5.4 生物质气化燃气热值的影响因素试验研究
5.4.1 试验装置及试验原料
5.4.2 试验因素确定及试验方案设计
5.4.3 试验结果及数据分析
5.5 本章小结
第6章 生物质气化过程模型建立与数值模拟研究
6.1 ASPEN PLUS软件平台及功能特点
6.2 生物质气化模拟模型的建立
6.2.1 问题分析及模型选择
6.2.2 模型基本假设及单元操作模块的选择
6.2.3 流程建立及变量设置
6.3 模拟结果与试验结果的比较
6.3.1 气化温度的影响
6.3.2 S/B的影响
6.3.3 ER的影响
6.4 本章小结
第7章 生物质气化过程的(?)分析
7.1 气化反应器(?)分析
7.1.1 (?)平衡方程
7.1.2 气化进程的(?)效率
7.1.3 生物质(?)
7.1.4 产物气的物理(?)和化学(?)
7.1.5 空气(?)和蒸汽(?)
7.2 气化过程(?)分析结果与分析
7.2.1 气化温度对产物气的(?)值和系统(?)效率的影响
7.2.2 S/B对产物气的(?)值和系统(?)效率的影响
7.2.3 ER对产物气的(?)值和系统(?)效率的影响
7.3 本章小结
第8章 结论与展望
8.1 本文主要成果与结论
8.2 本文特色和创新点
8.3 对今后的工作展望
参考文献
致谢
在学期间发表的学术论文及其他科研成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于感应加热的生物质气化制氢试验[J]. 吉恒松,王谦,成珊,何志霞,王爽. 农业机械学报. 2013(10)
[2]生物质气化制备燃气过程的分析[J]. 王立群,陈兆生. 农业机械学报. 2013(S1)
[3]生物质气化燃气低位热值影响因素的试验研究[J]. 吉恒松,王谦,成珊,王爽. 热能动力工程. 2013(05)
[4]生物质气化技术面临的挑战及技术选择[J]. 田原宇,乔英云. 中外能源. 2013(08)
[5]加压串行流化床制取生物质合成气的模拟[J]. 冯飞,宋国辉,沈来宏,肖军,张蕾. 农业机械学报. 2013(03)
[6]生物质气化技术的再认识[J]. 张齐生,马中青,周建斌. 南京林业大学学报(自然科学版). 2013(01)
[7]石油焦与稻草焦共气化研究[J]. 刘鑫,张保申,陈雪莉,周志杰,王辅臣. 燃料化学学报. 2012(02)
[8]生物质氧气气化和水蒸汽气化的能量分析及火用分析[J]. 张亚宁,李炳熙,张波,李洪涛. 华北电力大学学报(自然科学版). 2012(01)
[9]流化床-气流床耦合反应器中煤气化特性[J]. 陈晓辉,贾亚龙,冯杰,房倚天,李文英. 化工学报. 2011(12)
[10]木屑高温水蒸气气化制备富氢燃气的特性研究[J]. 李琳娜,应浩,涂军令,孙云娟,许玉. 林产化学与工业. 2011(05)
博士论文
[1]生物质催化气化定向制备合成气过程与机理研究[D]. 成功.华中科技大学 2012
[2]稻壳低温慢速热解机理研究[D]. 沈建锋.南京理工大学 2011
[3]稻壳生物质资源的综合利用[D]. 安冬敏.吉林大学 2011
[4]高温过热水蒸气的制备及生物质高温气化重整制氢特性研究[D]. 高宁博.大连理工大学 2009
[5]生物质在流化床中的催化气化焦油及裂解的试验研究[D]. 杨国来.华中科技大学 2007
[6]生物质热裂解机理试验研究[D]. 谭洪.浙江大学 2005
硕士论文
[1]激光标记二维条码在皮革上的应用研究[D]. 周洪莹.山东大学 2012
[2]外循环径向移动床生物质催化气化工艺研究[D]. 宋聪聪.大连理工大学 2011
[3]生物质发电过程分析与建模研究[D]. 徐锦丹.华北电力大学（北京） 2010
[4]稻草酸性水解的实验研究[D]. 郑鑫.东北大学 2009
[5]工业硅生产系统的能流及节能研究[D]. 于志强.昆明理工大学 2009
[6]生物质与煤共气化制取富氢燃气的试验及模拟研究[D]. 郭凯.江苏大学 2009
[7]固定床生物质富氧气化行为研究[D]. 刘建坤.沈阳航空工业学院 2009
[8]生物质气化过程建模与参数优化研究[D]. 王红梅.华北电力大学（河北） 2009
[9]基于AspenPlus的零排放生物质发电系统模型构筑[D]. 梁慧.华北电力大学（北京） 2009
[10]电厂锅炉生物质燃气点火助燃的初步研究[D]. 文双全.华北电力大学（北京） 2008
本文编号：3631112
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：136 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题研究背景
1.2 生物质气化技术概述
1.2.1 热化学转化技术概述
1.2.2 气化反应器
1.2.3 气化剂
1.3 生物质气化技术发展现状
1.3.1 国内研究动态
1.3.2 国外研究动态
1.4 生物质气化技术面临的问题
1.5 本文主要研究内容
1.6 本章小结
第2章 生物质气化反应动力学与气化性能评价指标
2.1 生物质原料基本特性
2.1.1 生物质原料的选择
2.1.2 工业分析和元素分析
2.1.3 生物质原料热值试验和估算
2.1.4 生物质原料热重分析试验
2.2 生物质气化反应动力学
2.2.1 气化过程及化学反应
2.2.2 化学平衡
2.2.3 碳的气化反应速率
2.2.4 Boudouard反应
2.2.5 水煤气反应
2.2.6 甲烷化反应和重整反应
2.2.7 变换反应
2.2.8 Gibbs自由能最小化原理
2.3 气化性能评价指标
2.3.1 气体产率
2.3.2 产物气热值
2.3.3 碳转化率
2.3.4 气化强度
2.3.5 气化效率
2.3.6 蒸汽分解率
2.3.7 产氢率
2.4 本章小结
第3章 感应加热式流化床生物质气化试验系统设计与调试
3.1 生物质气化系统工艺流程及设计原则
3.1.1 生物质气化系统工艺流程
3.1.2 系统设计原则
3.2 气化反应器模块设计
3.2.1 基于感应加热技术的流化床气化反应器中段
3.2.2 流化床气化反应器上段和下段
3.2.3 气化反应器的升温特性试验
3.3 进料模块设计
3.3.1 设备选型与设计
3.3.2 螺旋轴的设计计算
3.3.3 进料速率标定试验
3.4 气化剂模块设计
3.4.1 设备选型及设计
3.4.2 气化剂预热器设计
3.4.3 气化剂模块调试
3.5 净化模块设计
3.5.1 模块选型及设计
3.5.2 旋风除尘器
3.5.3 喷淋塔
3.6 测量模块
3.6.1 温度测量
3.6.2 流量测量
3.6.3 产物气组分分析
3.7 本章小结
第4章 感应加热式流化床生物质气化制富氢合成气试验研究
4.1 试验装置和方法
4.1.1 试验原料物性参数
4.1.2 试验设备及工况
4.1.3 采样与分析
4.2 感应加热式流化床生物质气化特性研究
4.2.1 气化温度对产氢率和产物气组成的影响
4.2.2 S/B对产氢率和产物气组成的影响
4.2.3 ER对产氢率和产物气组成的影响
4.3 本章小结
第5章 基于正交试验的生物质气化性能影响因素研究
5.1 生物质气化性能的影响因素
5.1.1 气化温度
5.1.2 当量比ER
5.1.3 蒸汽生物质质量比S/B
5.2 正交试验设计概述
5.3 生物质气化氢气浓度影响因素试验研究
5.3.1 试验装置及试验原料
5.3.2 试验因素确定和试验方案设计
5.3.3 试验结果及数据分析
5.4 生物质气化燃气热值的影响因素试验研究
5.4.1 试验装置及试验原料
5.4.2 试验因素确定及试验方案设计
5.4.3 试验结果及数据分析
5.5 本章小结
第6章 生物质气化过程模型建立与数值模拟研究
6.1 ASPEN PLUS软件平台及功能特点
6.2 生物质气化模拟模型的建立
6.2.1 问题分析及模型选择
6.2.2 模型基本假设及单元操作模块的选择
6.2.3 流程建立及变量设置
6.3 模拟结果与试验结果的比较
6.3.1 气化温度的影响
6.3.2 S/B的影响
6.3.3 ER的影响
6.4 本章小结
第7章 生物质气化过程的(?)分析
7.1 气化反应器(?)分析
7.1.1 (?)平衡方程
7.1.2 气化进程的(?)效率
7.1.3 生物质(?)
7.1.4 产物气的物理(?)和化学(?)
7.1.5 空气(?)和蒸汽(?)
7.2 气化过程(?)分析结果与分析
7.2.1 气化温度对产物气的(?)值和系统(?)效率的影响
7.2.2 S/B对产物气的(?)值和系统(?)效率的影响
7.2.3 ER对产物气的(?)值和系统(?)效率的影响
7.3 本章小结
第8章 结论与展望
8.1 本文主要成果与结论
8.2 本文特色和创新点
8.3 对今后的工作展望
参考文献
致谢
在学期间发表的学术论文及其他科研成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于感应加热的生物质气化制氢试验[J]. 吉恒松,王谦,成珊,何志霞,王爽. 农业机械学报. 2013(10)
[2]生物质气化制备燃气过程的分析[J]. 王立群,陈兆生. 农业机械学报. 2013(S1)
[3]生物质气化燃气低位热值影响因素的试验研究[J]. 吉恒松,王谦,成珊,王爽. 热能动力工程. 2013(05)
[4]生物质气化技术面临的挑战及技术选择[J]. 田原宇,乔英云. 中外能源. 2013(08)
[5]加压串行流化床制取生物质合成气的模拟[J]. 冯飞,宋国辉,沈来宏,肖军,张蕾. 农业机械学报. 2013(03)
[6]生物质气化技术的再认识[J]. 张齐生,马中青,周建斌. 南京林业大学学报(自然科学版). 2013(01)
[7]石油焦与稻草焦共气化研究[J]. 刘鑫,张保申,陈雪莉,周志杰,王辅臣. 燃料化学学报. 2012(02)
[8]生物质氧气气化和水蒸汽气化的能量分析及火用分析[J]. 张亚宁,李炳熙,张波,李洪涛. 华北电力大学学报(自然科学版). 2012(01)
[9]流化床-气流床耦合反应器中煤气化特性[J]. 陈晓辉,贾亚龙,冯杰,房倚天,李文英. 化工学报. 2011(12)
[10]木屑高温水蒸气气化制备富氢燃气的特性研究[J]. 李琳娜,应浩,涂军令,孙云娟,许玉. 林产化学与工业. 2011(05)
博士论文
[1]生物质催化气化定向制备合成气过程与机理研究[D]. 成功.华中科技大学 2012
[2]稻壳低温慢速热解机理研究[D]. 沈建锋.南京理工大学 2011
[3]稻壳生物质资源的综合利用[D]. 安冬敏.吉林大学 2011
[4]高温过热水蒸气的制备及生物质高温气化重整制氢特性研究[D]. 高宁博.大连理工大学 2009
[5]生物质在流化床中的催化气化焦油及裂解的试验研究[D]. 杨国来.华中科技大学 2007
[6]生物质热裂解机理试验研究[D]. 谭洪.浙江大学 2005
硕士论文
[1]激光标记二维条码在皮革上的应用研究[D]. 周洪莹.山东大学 2012
[2]外循环径向移动床生物质催化气化工艺研究[D]. 宋聪聪.大连理工大学 2011
[3]生物质发电过程分析与建模研究[D]. 徐锦丹.华北电力大学（北京） 2010
[4]稻草酸性水解的实验研究[D]. 郑鑫.东北大学 2009
[5]工业硅生产系统的能流及节能研究[D]. 于志强.昆明理工大学 2009
[6]生物质与煤共气化制取富氢燃气的试验及模拟研究[D]. 郭凯.江苏大学 2009
[7]固定床生物质富氧气化行为研究[D]. 刘建坤.沈阳航空工业学院 2009
[8]生物质气化过程建模与参数优化研究[D]. 王红梅.华北电力大学（河北） 2009
[9]基于AspenPlus的零排放生物质发电系统模型构筑[D]. 梁慧.华北电力大学（北京） 2009
[10]电厂锅炉生物质燃气点火助燃的初步研究[D]. 文双全.华北电力大学（北京） 2008
本文编号：3631112
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