生物油煤浆的制备及其气化特性研究

发布时间：2020-06-09 12:53

【摘要】：生物质作为自然界唯一的含碳可再生能源,用以替代化石燃料,可以降低二氧化碳等温室气体的排放。鉴于生物质原料存在分散性广、能量密度低及不适宜长时间存储等缺点,生物质的利用宜采用“分散制油,集中制气”的手段,提高对原料的收集效率并降低运输成本。即先在较小范围内将生物质热解成为生物质热解油(生物油),再将分散制备的生物油运输至中心工厂。而生物质热解制备的生物油具有酸性高、含水含氧量高、热值低及不稳定等缺点,直接利用较为困难。因此,将生物油与煤制备成为生物油煤浆,并利用气化技术产生合成气,为生物油的利用提供了一种新途径。而且,与生物油相比,生物油煤浆热值更高,适用性更广；另外,由于利用了生物油中的碳,生物油煤浆又被归为部分绿色能源。因此,本论文从煤浆利用的工艺出发,对生物油煤浆的流变特性、雾化特性及其气化特性进行了系统的研究,主要研究内容和结果如下：首先,生物油煤浆作为一种新型燃料,需要对其流变特性进行研究以确定适用于工业应用的煤浆组成和操作条件。论文研究了不同煤阶煤样制备的生物油煤浆的流变特性,指出影响其流变特性的最主要煤质因素为煤的空气干燥基水份和羧基官能团含量,并明确了适宜制浆的煤种为烟煤和无烟煤。对于神木烟煤,其最大成浆浓度约为45wt.%,该部分的研究为生物油煤浆的雾化和气化过程做了良好的铺垫。雾化过程是浆态燃料进入反应器反应的第一个步骤,也是实现工业应用的关键步骤之一。论文选用双流体喷嘴较好地实现了生物油煤浆的雾化,并利用CCD耦合图像数字处理技术对煤浆雾化液滴的粒径和速度分布进行了测量和分析。弥补了生物油煤浆雾化数据的空白,获得了合适的雾化工艺条件。同时丰富了双流体喷嘴雾化液滴的粒径和速度分布研究,为生物油煤浆在气流床反应器中进行试验奠定了基础。生物油煤浆的气化特性研究为其工业应用提供了有效的参考数据。论文研究了生物油煤浆在常压气流床反应器内1200 ℃-1400 ℃范围内的气化特性,并与水煤浆的气化特性进行对比。实验表明,生物油煤浆的碳转化率达95%以上,明显高于水煤浆。在工艺流程计算中,生物油煤浆的气化效率比水煤浆高出3个百分点,比氧耗比水煤浆降低约18%,证明了生物油煤浆在气流床中气化制备合成气的可行性。生物油煤浆气化所得固体产物的研究作为对生物油煤浆气流床气化特性研究的补充,以增进对生物油煤浆气化过程的了解。气化固体产物的分析与表征结果表明,生物油煤浆气化所得飞灰的反应性高于水煤浆飞灰,并且生物油煤浆的过滤器飞灰比旋风分离器飞灰有更高的气化反应性,生物油中含有的可溶性K盐是气化反应性较高的主要原因。
【图文】：

空间分布,喷嘴,液滴,轴向

粒径和速度在空间（沿雾化喷嘴轴向和径向）的分布和变化，可查询的文献较少。逡逑Ｓ．邋Ｙ．邋Ｓｏｎｌ＾ｊ等人利用双流体喷嘴和激光巧射技术测量了不同粒径的煤浆颗粒的逡逑雾化特性，得到了如图１．４（ａ）所示的颗粒粒径沿喷嘴轴向分布图。沿喷嘴的轴向中必逡逑线，液滴粒径均呈现先减小后增加的趋势。液滴粒径减小即为水煤浆碎片破碎的过程，逡逑随着轴向距离的增加，部分液滴合并成为较大的液滴，，造成液滴的粒径增加。然而当逡逑喷嘴结构和雾化工质改变时，得到的粒径空间分布会略有不同。Ｍａ等ｉｓｙ研究了石油逡逑焦污泥浆经气泡雾化喷嘴雾化后的液滴粒径沿轴向的分布，发现在喷嘴下方１０－３０邋ｃｍ逡逑处

生物油,煤浆,穿透率

３Ｊ＿逡逑２．３．１稳定性逡逑稳定性实验测得千种煤样制备的生物油煤浆的穿巧率如图２．４所示。由图中结果逡逑可知，不同煤粉制备的生物油煤浆的穿透率大致可＾心分为两种：接近完全穿透和部分逡逑穿逸！由烟煤和无烟煤制得的生物油煤浆穿透率均接近１００％．而由褐煤制备的生物逡逑油煤浆穿透率较低，分别为３３．５７％邋（ＢＲ煤），３９．８３％邋（ＸＬ煤）和８２．８７0／0邋（ＹＬ煤）。逡逑由此结果表明，经过７天的放置后，褐煤生物油煤浆产生的硬沉淀较多，而烟煤和无逡逑烟煤生物油煤浆化乎没有硬沉淀产生。逦逡逑■ｉｎｎ逦１００邋９８．８８邋１００邋９９．７２邋１００邋１００邋９９．２１逡逑＾邋？逦８２．８７自W《？W逡逑４WWＩＩＩ逡逑ＸＬ邋ＢＲ邋ＹＬ邋ＦＧ邋ＳＷ邋ＳＭ邋ＴＳ邋ＹＣ邋ＴＸ邋ＪＣ逡逑Ｃｏａｌ邋ｓａｍｐｌｅｓ逡逑西２．４不同巧样制备的生物油煤浆的穿透率逡逑Ｆｉｇ．邋２．４邋Ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ邋ｒａｔｅ邋ｏｆ邋ｓｌｕｒｒｉｅｓ邋ｍａｄｅ邋ｂｙ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｃｏａｌ邋ｓａｍｐｌｅｓ逡逑图２．５结果表示生物油煤浆的穿透率与时间的关系。由结果显示，可将生物油煤逡逑浆的穿透率与时间的关系分为Ｈ种：其一，对于高穿透率的生物油煤浆，即烟煤和无逡逑烟煤制备的生物油煤浆，玻璃棒能够迅速下落到煤浆底部，这表明由烟煤和无烟煤制逡逑备的生物油煤浆经过放置后，粘度仍然较低，整体性质较为均匀，没有出现明囼分层；逡逑其二
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(过程工程研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ517

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