生物质气化实验及生物油加氢模拟研究

发布时间：2017-03-21 13:08

  本文关键词：生物质气化实验及生物油加氢模拟研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：中国是农业大国,生物质资源丰富,这些资源可以转化成各种形式的能源。生物质的利用途径很多,其中生物质气化和生物质快速热解制生物油是回收与利用生物质中的能量的两种主要途径。传统的下吸式生物质气化炉虽然大大优于上吸式气化炉,但其出口焦油含量仍过高,严重影响气化气的后续利用：生物质快速热解制取的生物油中由于存在大量的酸、酚、醛、醚及醇类等物质,造成生物油的品质及稳定性较差。因此,为了解决上述问题,本硕士论文对这两方面开展了研究。论文的第一部分是关于一种新型下吸式气化炉的实验研究,主要考察了当量比(ER)等操作参数对气化炉气化性能及焦油含量的影响；论文的第二部分是关于生物油模型化合物催化加氢过程的模拟,采用的是Aspen Plus模拟软件细致分析操作参数(温度、压力等)对产物组成与产率变化的影响规律,以期为工业过程放大提供理论基础与放大依据。 开发的新型两级下吸式气化炉在结构上具有很大的进步。为探究该新型气化炉气化性能,本文考察了当量比(ER)等操作参数对该气化炉还原区温度、气体组成、气体热值、气化效率以及焦油含量的影响,获得以下结论：新型气化炉可以产生焦油含量较低的燃气；尤其是在空气预热的条件下,焦油含量更低,可达238mg/Nm3；空气预热条件下的气化气低位热值和气化效率均高于不预热的情形,且在ER=0.34时达到最大,分别为4409kJ/Nm3和63.7%。在此当量比条件下,气化气成分较为理想,为18.5%CO、13.2%H2、1.8%CH4、11.1%CO2。因此,确定该新型两级气化炉的最佳ER为0.33-0.35,此时气化气低位热值(LHV)超过4.0MJ/Nm3,气化效率高于60%,焦油含量低于300mg/Nm3 论文还对生物油模型化合物催化加氢过程进行了数值模拟研究。选取羟基丙酮、羟基乙醛、愈创木酚和2-呋喃酮作为典型的生物油组成模型化合物,在Ru/C加氢催化剂作用下,通过Fortran语言将加氢动力学方程开发成动力学子程序,嵌入Aspen Plus进行模拟。研究考察了温度和压力对生物油模型化合物加氢的影响,优化出200℃和24bar为最优加氢反应条件,并获得了该条件下加氢过程的物料和能量平衡参数,为生物油加氢中试放大提供了理论指导和数据支持。
【关键词】：生物质 气化 热解 Aspen Plus 加氢
【学位授予单位】：厦门大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TE667
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目录7-13
• 第一章 绪论13-29
• 1.1 研究背景13
• 1.2 生物质能利用技术13-18
• 1.2.1 生物质能物理转化技术15-16
• 1.2.2 生物质能生物转化技术16
• 1.2.3 生物质能化学转化技术16-18
• 1.3 生物质气化发展概述18-22
• 1.3.1 生物质气化国外发展现状19-21
• 1.3.2 生物质气化国内发展现状21-22
• 1.4 生物油提质发展综述22-27
• 1.4.1 生物质快速热解技术发展现状22-24
• 1.4.2 生物油提质研究现状24-27
• 1.5 论文主要研究内容27-29
• 第二章 生物质气化技术原理及方法29-39
• 2.1 生物质气化原理29-31
• 2.1.1 生物质的干燥29-30
• 2.1.2 生物质的热裂解30
• 2.1.3 氧化反应30
• 2.1.4 还原反应30-31
• 2.2 生物质气化工艺31-32
• 2.2.1 空气气化31
• 2.2.2 氧气气化31
• 2.2.3 水蒸气气化31-32
• 2.2.4 氢气气化32
• 2.2.5 空气(氧气)-水蒸气混合气化32
• 2.2.6 干馏气化32
• 2.3 生物质固定床气化设备与工作原理32-34
• 2.3.1 上吸式气化炉32
• 2.3.2 单段下吸式气化炉32-33
• 2.3.3 两段下吸式气化炉33-34
• 2.4 两级下吸式生物质气化实验平台34-39
• 2.4.1 两级下吸式生物质气化炉34-36
• 2.4.2 旋风分离器36-37
• 2.4.3 换热器设计37
• 2.4.4 储气罐设计37-39
• 第三章 两级下吸式生物质气化实验39-59
• 3.1 原料的元素分析与工业分析39-40
• 3.2 原料的热分析40-41
• 3.3 实验装置41-43
• 3.4 实验方法43-45
• 3.4.1 启动前准备43
• 3.4.2 启动43-44
• 3.4.3 进行气化实验44
• 3.4.4 停机44-45
• 3.5 产物的测定与表征45-46
• 3.6 气化性能参数的计算46-47
• 3.6.1 气体热值46
• 3.6.2 气体产率46-47
• 3.6.3 气化效率47
• 3.6.4 当量比ER47
• 3.7 气化过程的热力学分析47-48
• 3.8 单级下吸式气化实验结果与分析48-53
• 3.8.1 原料含水率对气化气组成的影响49-50
• 3.8.2 当量比ER对单级进气还原区温度的影响50-51
• 3.8.3 当量比ER对单级进气气体组成、气化效率及低位热值的影响51-52
• 3.8.4 当量比ER对单级进气焦油含量的影响52-53
• 3.9 两级下吸式气化实验结果与分析53-57
• 3.9.1 空气预热温度的选取53-54
• 3.9.2 当量比ER对两级进气还原区温度的影响54
• 3.9.3 当量比ER对两级进气气体组成、气化效率及低位热值的影响54-57
• 3.9.4 当量比ER对两级进气焦油含量的影响57
• 3.10 本章小结57-59
• 第四章 生物油模化物加氢模拟研究59-75
• 4.1 Aspen Plus简介59
• 4.2 生物油模型化合物的加氢原理59-61
• 4.2.1 模型化合物的选择59-60
• 4.2.2 动力学方程60-61
• 4.3 生物油加氢模型61-65
• 4.3.1 模型建立62-63
• 4.3.2 物性方法选择63-64
• 4.3.3 Fortran子程序64-65
• 4.4 模型分析65-73
• 4.4.1 温度和压力对生物油模型化合物加氢的影响66-71
• 4.4.2 加氢系统的物料和能量参数71-73
• 4.5 本章小结73-75
• 第五章 总结与展望75-77
• 5.1 全文总结75-76
• 5.2 本文特色及创新点76
• 5.3 建议与展望76-77
• 参考文献77-83
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果83-84
• 致谢84

【参考文献】

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本文编号：259685