生物质热解气化与可燃气燃烧循环工艺流程分析

发布时间：2020-07-28 10:53

【摘要】：在化石能源逐渐枯竭、空气污染日益严重、全球气候变化加剧的背景下,生物质能以其可再生、碳中性以及环境友好等诸多优势异军突起,引起世界瞩目,各国已将发展生物质能列入能源发展战略。通过分析国内外生物质热解气化的研究现状,针对目前生物质热解气化工艺存在的焦油产量高、二次污染以及气化效率低等缺陷,本文提出了一种内热式工艺-生物质热解气化与可燃气燃烧循环工艺。首先借助Aspen plus模拟软件对空气、空气/H_2O和空气/CO_2 3种不同气化剂下的生物质热解气化特性进行分析,结果表明:气化剂中含有适量的水、CO_2均可提高可燃气中有效组分CO和H_2的体积分数,进而提高可燃气的热值。因此,当新工艺以N_2、CO_2、H_2O、O_2混合组成的烟气为气化剂时,可以有效提高生物质的气化效率和可燃气热值。由于动力学参数因生物质种类和气化剂的不同而不同,为了提高模型的准确度,利用STA 6000热分析仪和AKTS动力学分析软件对模拟烟气气氛下的玉米秸秆热解气化动力学进行分析。通过分析得知,活化能随着反应的进行而变化,说明热解过程和气化过程遵循不相同的反应机理,且每个过程具有不同的活化能。然后针对提出的新工艺进行了流程模拟,对循环工艺的能量、质量进行平衡计算,并通过对循环系统的有效能分析评估热工设备的完善性。计算表明,虽然循环工艺的质量和能量守恒,但有效能存在损失,有效能效率为86.67%,且热解气化过程是造成有效能损失的主要环节。最后对循环工艺进行优化分析,获得进料量、循环烟气量等对输出热量的影响。随着进料量的增加输出热量增加,但增长速率逐渐变小;循环烟气量的最佳比例区间为总烟气量的23%~31%;富氧量越大,烟气中CO_2比例越大,可燃气中N_2比例减小,CO和H_2比例增加,循环工艺的能量输出越大。本文的模拟研究结果为生物质热解气化与可燃气燃烧循环工艺的实验提供了有利的数据依据和理论指导。
【学位授予单位】：河北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK6
【图文】：

能源消耗,年度,全球,能源消费

第一章绪论课题研究背景与意义源是人类活动的物质基础，是提高国家生产力和居民生活水平的重要保障。经济的快速发展，人们对能源的需求量日益增加，对常规能源的过度开发使上升到国家的高度[1]。目前世界的能源消费为 557 方（相当于 5.22×1011GJ料的消耗占能源总消耗的 86.2%，但是预计到 2030 年能源消费增至 694 方所示。化石燃料的燃烧增加了污染气体 NOx、SOx和温室气体 CO2的排放量 CO2的排放量逐年增长，如图 1.2 所示。

CO2排放量,年度,全球,生物质能

图 1.2 全球年度 CO2排放量[2]质能的特点，有生命的可以生长的各种有机质。生物质能是指以化学能形量，它包括薪柴、木质废弃物、农业秸秆、牲畜粪便、制糖水、水生植物等。燃料相比，生物质能具有三个方面的优势[3-5]：再生性。和化石燃料不同，生物质并不需要数万年的时间来利用光能使大气中的二氧化碳代谢并成长，生物质能可以源的可再生性使生物质成为能源或化学来源的主要优势之一。污染性。生物质作燃料时，排放出的二氧化碳与生长需要的二的二氧化碳净排放量近似于零，可有效减轻温室效应；生物质燃烧释放的 SOX、NOX等污染性气体较少。会利益。一方面，全球政治格局动荡表明，化石燃料的供应可巨大的变化，原料价格大幅上升，生物质能的利用则可以缓解

流程图,循环流化床,流程图,热值

产气热值和气化效率越高。Wayne Doherty[13]等基于 Aspen plus 建立了生物质在循环流化床中的气化模型，如图 1.3 所示，分析了空气预热对合成气组成、热值和碳转化率的影响，结果表明，ER 较小时，对空气预热会提高气化效率。鉴于以上文献的结论，本文热重实验的升温速率选择 10℃ /min、20℃ /min、30℃ /min，并分析了温度和当量比对热解气化过程的影响。

【参考文献】