生物质微米原料气化实验研究与模拟分析

发布时间：2020-05-02 16:31

【摘要】：本文基于国家科技支撑计划项目:生物燃气产业模式研究与利用示范(2015BAD21B00)要求,针对生物质气化过程中如何提高气化温度以减少焦油产率,提高气化效率以及产气质量等问题,提出一种新型外加热蓄热式气化炉。通过实验研究和软件模拟,对生物质气化过程中的产气机理以及实验过程中的操作参数对气化特性的影响进行了研究分析,为蓄热式气化的设计制造提供参考。本文以锯末为原料,在自主搭建的生物质气化实验台架上进行了生物质热解和水蒸气气化实验。研究了气化炉温度分布、原料水分含量、粒径大小以及水蒸气通量大小对产气特性的影响。研究表明,生物质热解和气化产气主要是由CO、H_2、CH_4、CO_2等气体组成;温度的提升能够明显加强热解气化反应,气化温度从700?C升高至900?C,产气量从0.68 m~3 kg提升至0.95 m~3 kg,同时气化效率提升70%,达到72%;原料中水分的降低有利于产气中H_2的生成,同时能够有效减少CO_2组分含量。以60目的原料在900?C下的实验为例,经过干燥处理后,产气中H_2组分含量上升了11.98%,同时CO_2含量从16.96%降低至10.26%;原料粒径越小,越有利于热解气化反应中的传质换热过程,增强气化的二次反应,从而显著提升产气量,当粒径从80目降低到100目,产气量增幅34.8%,高达1.51m~3 kg;合适的水蒸气通量,能够促进副产物焦油和焦炭的裂解,从而促进水煤气反应。当S B为1.4时,与不通入水蒸气的情况相比,H_2组分含量提升了27.76%,产气量提升至1.49 m~3 kg增幅为25.21%。使用Aspen Plus流程模拟软件,基于生物质热解气化实验和气化动力学,建立了生物质气化流程模拟模型。并通过与实验数据的比对,对模型参数进行修正。利用修正模型,研究了气化过程中操作参数的变化对气化反应特性造成的影响。该模型能较准确地预测气化反应结果,为气化炉操作参数优化提供理论依据。
【图文】：

世界农业,农林废弃物,生物质资源,能源短缺

图 1-1 世界能源结构的变化[1]中国作为世界农业大国之一，生物质资源丰富、种类繁多。据统计，我国各类农林废弃物可收集量每年约为7 亿吨[6]，，可转化成1812 10 J的能量。如果能够开发相应的转化技术，将这些废物转化为有用的燃料，可以大大减轻能源短缺和环境污染问题。1.1.1 生物质资源

秸秆,生物质资源,世界

图 1-2 秸秆图 1-3 林业薪柴据统计，世界生物质资源的年产量约为 1000 亿吨，每吨生物质的能量约3 3.5 10 ~ 3.0 10 kW h[7]，世界生物质的平均年产能量为52.48 10 TW h。世年平均消耗能源517.7 10 TW h。因此，生物质能总量理论为当前世界能量量的 1.4 倍。生物质资源不仅丰富，而且可以再生。若能够将其收集并加以利用，将会极大的缓解能源紧缺的问题。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TK6

【参考文献】