秸秆生物质旋转床热解反应器工艺分析与试验研究

发布时间：2018-02-13 20:19

  本文关键词： 旋转床 热解工艺 反应器 仿真 参数试验　出处：《中国农业大学》2017年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：为探讨秸秆在生物质旋转床反应器中的理论基础与热解效果,进行了秸秆热解的工艺分析与试验研究。首先构建了生物质的一般热转化模型,并进行了分析求解;通过生物质在热解反应器稳定热解过程的(?)分析,建立了化学反应(?)平衡热力学模型。基于模型分析,设计实现了生物质旋转床热解反应器,该反应器包括旋转床、喂料部件、旋风分离器、冷凝器、机架等;反应器具有物料的较高适应性并且能够减少二次反应的发生,并且能够让生物质与热载体充分混合与流化;新型热解工艺并且可以不需要载气的添加,无需加压反应;简单易操作,可控性强;结构简单并且成本低。旋转床为反应器的关键部件,生物质热解和与石英砂的混合流化均在内部完成。基于离散元方法,通过EDEM的软件仿真,分析了旋转筒转速、喂料速度、抄板情况对生物质与石英砂的接触颗粒数率和总颗粒速度的影响;得出基于最大的接触颗粒数率的最佳参数为旋转筒转速为27.6 r/min,喂料速度为2.48kg/h,无抄板;基于最大的总颗粒速度的最佳参数为62.1r/min,喂料速度为1.55 kg/h,抄板数量为6,高度为0.6 cm;并对旋转床内的热解气流动情况,采用Fluent软件进行了流场分析,可以得到热解气在旋转床内的影响范围较少,对生物质和石英砂的混合与流化过程影响程度有限,证明了旋转床反应器能够减少二次反应。同时基于Fluent软件对旋风分离器和冷凝器进行了压力与速度分析,结果显示:旋风分离器和冷凝器均满足设计要求。对生物质旋转床热解反应器机架进行了热—结构耦合有限元仿真分析,使用Ansys Workbench软件进行机架的稳态热分析、静力学分析和模态分析,加热器对实际工作环境影响不大、结构较为稳定。基于旋转床反应器进行了玉米秸秆热解的多种参数试验,包括机器参数、气相氛围和秸秆预处理方式。机器参数包括反应温度、喂料速度和旋转筒转速,对生物炭进行了热值与元素分析,对生物油进行了热值、含水率和元素分析;对合成气用气相色谱法分析了有机物组成与含量。371.1 ℃时,生物油含水率最低、生物油热值最高、生物油含碳量最高,为最合适热解温度。在转速为62.1 r/min时反应较为充分,生物油中的有机物含量至少为13.49%,生物质与石英砂的混合与流化综合效果最好。气相氛围对生物质热解效果影响显著,在不通任何载气、以尾气作为载气和N2作为载气三种气相氛围下进行旋转床反应器试验;通尾气时,生物质反应最充分,能够增加H元素的反应活性,生物油的O元素含量较高、化学分子量较小。通氮气能够减少热解二次反应的发生。基于反应器进行了不同预处理物料的热解试验,即干燥预处理、粉碎预处理和烘焙预处理;大粒径物料,颗粒表层发生的热解反应较为充分,但是热解反应没有进入颗粒内部。高含水率的生物质热解生物油的含水率明显升高,高达85.15%,生物质的水分会阻碍生物质的热解进程。烘焙生物质的反应性降低,会大范围降低生物油的有机物含量。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S216

【参考文献】

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本文编号：1509014