高炉渣为热载体的生物质热解机理及实验研究

发布时间：2020-05-26 04:55

【摘要】：高炉渣是钢铁生产过程的主要副产品，，每生产1吨生铁要副产0.3—0.6t的炉渣，温度高达1500℃左右，含热量丰富，每吨渣约含有（1.26—1.88）×106kJ的显热。现如今的生物质能资源利用技术已成熟，但利用的过程中生产成本高，能耗大是制约生物质能工业化生产和应用的主要瓶颈，而炼铁高炉渣所具有的温度和热量，恰好满足生物质热解工艺的要求，为生物质能的生产提供“免费”热源。基于此，本文探讨利用高温炉渣的余热来热解生物质。通过干法离心粒化技术将液态高炉渣制备成高温的液—固过渡态高炉渣颗粒，作为热载体在旋转锥反应器内通过直接接触加热生物质使其热解制取生物油。本文在掌握高炉渣颗粒和生物质颗粒在旋转锥反应器内运动规律的基础上，对颗粒间的传热规律进行研究，建立各传热方式下的传热模型，并将多个传热模型进行综合，形成总的传热模型。对高炉渣热解生物质的反应动力学进行研究，利用陶粒和高炉渣分别热解生物质做了对比实验，在温度区间相似的情况下，利用高炉渣余热热解生物质反应的过程中，反应活化能比较小，反应更容易发生，相比而言陶瓷球热解生物质的频率因子较高，反应速率较慢。以高炉渣为热载体，利用改进后的以旋转锥反应器为主体的生物质热解制生物油系统进行了热解实验，结果表明：不同种类的生物质热解后制取的生物油在理化特性上差别较大，其中秸秆生物油密度比红松生物油密度小；秸秆生物油的pH值较大，而白松生物油和落叶松生物油的pH值较小；高炉渣温度升高使生物油产率先升高再降低；高炉渣粒径越小热解产物中生物油的产率越大；生物质粒径越小对生物油的生成越有利；旋转锥反应器的转速为7Hz时生物油产率最大。本文对高炉渣的催化特性也进行了验证：高炉渣中含有CaO—MgO的络合物，以高炉渣为热载体能显著提高气体产物中H_2和CO含量。
【图文】：

引射,反应器

载体热解生物质技术的特点是反应过程中无需外部热源，反应所需要的热量全部来自高炉渣，高炉渣和生物质之间主要通过热传导的方式传热，这就要求热裂解反应器应该具有很好的保温性能，并且使高炉渣和生物质能够充分接触，以提高传热效率，这样才能保证生物质热解完全，产油率高[13]。生物质热解技术中几种典型的反应器如下：1. 美国GTRI引流床美国亚特兰大的乔治亚技术研究所1980年研制了引射流反应器，其管式反应器垂直放置，长为6.4m ，内径0.152m 。空气和丙烷定量的从反应器底部引入进行燃烧，燃烧后产生的热烟气向上流动经过生物质下料口，从而提供生物质热解所需的热量，通常热烟气流量和生物质流量的比为4：1，入口烟气温度927℃，引射流反应器内的压力是1个标准大气压，加工能力为57.2 Kg h，生物油的产率能达到60%[14]，其工艺流程见图1-1。

烧蚀,涡流,反应器,旋转锥反应器

图1-2 NREL的涡流烧蚀反应器3. 荷兰吞特大学旋转锥反应器该反应器的加工能力可以达到 10 Kgh,生物油的最高产率可达到生物质无灰干重的 70 %，后来在UNDP 的资助下设计并开发了一套加工能力为 50 Kgh的旋转锥反应器生物质闪速热解实验设备[16]，工艺流程如图1-3。
【学位授予单位】：青岛理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：X757;TK6

【参考文献】