生物质热裂解中的颗粒形变及形变机理研究

发布时间：2024-12-22 07:44

　　生物质热裂解是将生物质原料转化为液态产物生物油的重要途径之一,目前已得到了广泛的应用。生物质原料的热解工艺最核心的部分是热解工艺的工艺条件。目前较少有针对生物质热解时原料颗粒的形变及其机理的研究,这就使得生物质原料颗粒在转化过程中不能物尽其用,造成了资源的浪费。本文采用实验与模拟相结合的研究方式,对生物质热解形变的形变机理进行研究,进而改善颗粒在反应器内的结焦状况,降低工业生产成本,提高产物产率,为工业化的生产提供了一定的理论性依据。本文在实验室搭建的卧式管式热解炉反应器内,选取杨木木屑、小球藻、螺旋藻等不同种类的生物质颗粒进行热解实验,并对原料以及热解后的残余物进行表征。在不同的热解温度（350-650℃）以及热解时间（10-70s）下分别进行实验,通过实验得到的收缩率、转化率、热解温度等影响因素关联收缩模型。针对生物质颗粒的热收缩特性,建立了适合不同种类生物质颗粒热解的颗粒收缩模型。利用花生油、淀粉、大豆蛋白粉、氯化钠无机盐等不同物质组成配比不同的模化物进行实验,分别模拟小球藻、螺旋藻以及其他组成生物质原料。通过不同组成的模化物,验证不同组成的生物质的热解机理,进一步验证了生物质原料...

【文章页数】：93 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
前言
1.综述
    1.1 生物质和生物质能
        1.1.1 生物质种类
        1.1.2 生物质能的特点
        1.1.3 生物质能的开发利用意义
    1.2 生物质转化利用技术
        1.2.1 物理转化技术
        1.2.2 热化学转化技术
        1.2.3 生物化学转化技术
    1.3 生物质热裂解的研究现状
        1.3.1 生物质快速热解液化技术
        1.3.2 热解动力学
            1.3.2.1 干燥过程
            1.3.2.2 反应模型
    1.4 生物质颗粒热解收缩研究进展
        1.4.1 大颗粒生物质热解收缩
        1.4.2 小颗粒生物质热解收缩
        1.4.3 生物质收缩模型国内外研究现状
    1.5 CFD模型简介
        1.5.1 多相流体力学模型
        1.5.2 流态化模型评价
        1.5.3 辐射传热模型
        1.5.4 DPM模型
    1.6 课题研究目的和内容
        1.6.1 研究目的
        1.6.2 研究内容
2.生物质热解的实验研究
    2.1 实验装置
    2.2 实验方法
        2.2.1 实验用生物质
        2.2.2 热解实验方法
        2.2.3 工业分析、元素分析和组分分析
        2.2.4 粒径及形貌
    2.3 实验结果与讨论
        2.3.1 颗粒质量损失结果分析
            2.3.1.1 小颗粒杨木质量损失结果分析
            2.3.1.2 大颗粒杨木质量损失结果分析
            2.3.1.3 小球藻颗粒质量损失结果分析
            2.3.1.4 螺旋藻颗粒质量损失结果分析
        2.3.2 颗粒粒径变化结果分析
            2.3.2.1 小颗粒杨木粒径变化结果分析
            2.3.2.2 大颗粒杨木粒径变化结果分析
            2.3.2.3 小球藻颗粒粒径变化结果分析
    2.4 本章小结
3.模型化合物热解的实验研究
    3.1 模型化合物简介
        3.1.1 木质素类生物质模型化合物简介
        3.1.2 蛋白脂质类生物质模型化合物简介
    3.2 实验方法
    3.3 实验结果与讨论
        3.3.1 模化物与原料实验结果讨论
        3.3.2 四种不同模化物实验结果讨论
    3.4 本章小结
4.生物质颗粒热解收缩模型
    4.1 生物质热解的未反应缩核模型
        4.1.1 国内外热解模型
        4.1.2 未反应缩核模型
            4.1.2.1 现象学模型
            4.1.2.2 CFD模型
    4.2 生物质热解收缩模型数学公式的建立
        4.2.1 模型假设
        4.2.2 动力学模型
        4.2.3 数学模型
    4.3 本章小结
5.生物质颗粒热解收缩质量变化的数值模拟
    5.1 数值模拟方法
    5.2 几何模型与网格划分
    5.3 模型选择及参数设置
    5.4 模拟结果分析
        5.4.1 生物质颗粒在炉管内的表面温度变化
        5.4.2 生物质颗粒在炉管内的质量变化
    5.5 本章小结
结论与展望
参考文献
致谢
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本文编号：4019676