典型生物质气化特性的实验与模拟研究

发布时间：2020-06-02 21:15

【摘要】：能源危机和环境污染已经日益严峻。生物质以其来源广泛、资源丰富和二氧化碳近零排放的优势，吸引了研究者广泛的关注。生物质气化被认为是目前对生物质能最有效的利用技术之一。提升气化效率和产气质量是目前生物质气化技术的研究重点。本文对生物质气化特性的研究，主要通过实验和模拟两种方式展开，分别考察生物质的气化机理和操作参数对气化特性的影响。首先，以我国三种典型的生物质—谷壳、稻草和木屑为样品，在小型生物质气化系统试验台架上研究了生物质热解和水蒸气气化的气体产物释放特性。研究结果表明，生物质热解反应中，CO、CH4和CO2几乎是同时释放的，与H2和CH4相比，CO的产量是最大的；气化过程中水蒸气的加入提升了生物质的转化率，尤其通过促进水煤气反应提升了H2的产量；比较三种生物质的气化反应特性时发现，与稻草和谷壳相比，木屑的反应最为剧烈，并且H2和CH4的释放量也最高。基于Aspen Plus软件，建立了生物质水蒸气气化的动力学模型，并通过与实验数据对比，对模型进行了验证。利用建立的模型，研究了工况参数的变化对生物质水蒸气气化反应特性的影响。分析发现，更高的反应温度能明显促进生物质的气化；在初始阶段引入水蒸气能促进生物质的转化和产气中各组分的产生，最终会通过催进水煤气转移反应而抑制CO的产生并降低产气的低位热值；氧气对生物质气化的影响分为两个方面，，在氧气浓度较低的阶段，氧气的通入促进气化过程中放热的氧化反应的进行，从而促进了气化过程的进行，而当氧气的加入量过量时，会消耗掉产气中的部分有效组分；CO2的加入能提升CO的产量，但对产气的低位热值不利；相比谷壳，工况变化对木屑气化的影响更为剧烈，其产气组分分布和低位热值的变化均在更短时间内完成。
【图文】：

化石能源,一次能源,使用量,能源机构

1 绪论究背景口膨胀，环境污染和能源危机正日益制约着国家的长久持续发展。目的需求还将保持快速增长，各类能源燃料的使用量不会降低。当前，要由化石能源提供，每年一次能源的使用量约为 5.0×1020J/year，其中能 6%，其余 13%来自可再生能源，其中生物质能和水力发电各占 10%际能源机构的统计，若按目前消耗速度，世界已探明的能源储量中，煤炭可供开采年限分别只有 50 年、40 年和 240 年。英国石油公司在的分析报告《BP 2030 能源展望》指出，在过去 20 年里，全球一次能%。在未来 20 年内，这一数字增长速度略有下降，预计将在 39%左长率仍达到 1.7%，预计天然气会成为增长最快的化石能源[2]，1980 一次能源需求如图 1-1 所示。

生物质,人类生活环境

图 1-2 全球温度与 CO2排放的关系和人类生活环境，包括生物质在内的可再生能源制定了相关的研究计划或者战略政策以保障和促排。在 2005 年，我国也制定和颁发了《中华人物质能的使用历史最为悠久。在使用量上，生物质第四。生物质的主要元素是 C 和 H，与石油、煤炭较为简单。生物质的主要来源有：农林业废弃物能源植物等。能通过光合作用转化为化学能贮存在植物中的一：CO2+H2O+Light→有机物+O2。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TK6

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