生物质热解炭化实验研究

发布时间：2020-08-24 15:05

【摘要】：在能源紧缺与环境污染的双重压力下,生物质能的开发利用受到人们的广泛关注。生物质能虽有着其它可再生能源无法比拟的优势,但也存在资源分散、易腐烂、能量密度低、不易运输存储以及产量季节性等问题。如何低成本、高效率地利用生物质能是目前研究的热点。生物质热解炭化作为一种生物质能高效利用技术能将生物质转化为固体热解炭、可燃燃气及液体生物质油三种高品位能源,并且容易实现连续化、工业化生产,是目前生物质利用领域的前沿技术之一。本文对木屑、稻壳、皮革下脚料三种生物质原料的热解炭化特性进行了研究。本文首先对三种生物质原料的工业分析成分、元素分析成分、发热量进行了测定,然后利用热重和傅立叶红外光谱联用技术(TG-FTIR)在氮气气氛下对不同升温速率下生物质原料热解特性进行了实验研究。结果表明,三种生物质原料都有挥发分含量较高、热值较低的特点;在5~50℃/min范围内,升温速率对三种生物质原料热解总失重率影响不大。以热重实验得到的数据,本文采用Kissinger的微分法求得了三种生物质的表观动力学参数,计算结果表明皮革下脚料的活化能最高,为82.7049kJ/mol,稻壳和木屑的活化能分别为42.1915 kJ/mol和64.9366kJ/mol,这说明三种生物质原料的活化能都较低,反应活性较高。以前述研究为基础,本文在自行搭建的固定床实验台上对三种原料在氮气气氛下的热解炭化特性进行了实验研究。研究结果表明,三种原料热解炭化得到的热解炭中木屑炭的质量最好。热解终温为800℃时,木屑炭产率为29.9%,固定碳含量可达到75.89%,灰分含量为16.35%;稻壳炭产率为32%,其中灰分含量为28.94%,固定碳含量为64.52%,质量较差;皮革下脚料热解炭产率为33.8%,其灰分含量最高,达到65.02%,固定碳含量仅为30.67%,且由于皮革下脚料热解炭中含有铬,再利用比较困难。最后本文在流化床中试实验台上对木屑的热解炭化特性进行了实验研究。由于皮革下脚料热解炭难以利用,本文对皮革下脚料进行了直接燃烧实验。结果表明:以木屑为原料通过合理调节运行工况,采用流化床进行热解炭化时可以得到固定碳含量为71.28%的热解炭,但热解炭产率仅为21.6%,生物质燃气热值可达到3234.8k J/Nm3,可以直接供给后续设备利用。皮革下脚料在流化床中可以稳定燃烧,炉温能达到950℃,且燃烧比较充分。最后,本文借助化工流程模拟软件Aspen Plus对木屑热解炭化和皮革下脚料燃烧进行了模拟,模拟结果与实验结果比较接近。
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK6

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