生物质多级高温气化定向制备合成气的特性研究

发布时间：2020-04-01 02:22

【摘要】：生物质能是唯一可以转化为液体燃料的可再生能源,而生物质间接液化技术是未来最具有发展潜力技术之一,其中气化技术是间接液化的基础和关键之一。生物质气化特别是分级气化在定向制备合成气的气化特性、分级气化机理及其能量效率研究等还认识不足,尚待深入研究。本文依托国家重点基础研究发展973计划项目(2007CB210200)“生物质转化为高品位燃料的基础问题研究”,对生物质多级高温气化技术这一基础课题进行了相关的试验和理论研究,对于发展分级气化内在规律和间接液化具有重要意义。 本文首先进行了生物质混合气化特性的研究,其次提出了针对混合气化的分级气化以更好的定向制备高品质合成气的技术路线。利用MATLAB软件编程进行了多级高温气化的模拟计算研究,提出了分级气化影响因素并指导分级气化试验的进行,随后通过分级气化试验系统验证并研究了分级气化特性。最后通过Aspen Plus进行了整个系统(?)损失计算,寻找分级气化系统的薄弱环节,以指导优化生物质分级气化系统的改进。 在小型生物质气流床气化试验系统上,为了得到高品质合成气,开展了三种生物质物料的氧气-水蒸气混合气化的气化特性试验研究。研究结果表明：三种生物质中,木屑的H2/CO比例最高达到了1.21,提升的最高达到了23.5%。 建立生物质多级高温气化模型,有助于了解分级气化机理,指导预测分级系统试验。本文通过matlab编程,实现了求解气化动力学模型控制方程,并进行气化特性研究。结果表明,在一次气化时间为0.6s时,H2/CO比例最大,达到了1.2。随着O/B的增加H2/CO出现现增加后降低的趋势,在0.2附近出现了最高值1.19。适当的O/B是高效定向气化的重要因素。 对多级高温气化进行试验研究,不仅验证了分级气化系统模型的计算结果,同时,更好的了解了分级气化特性。结果显示,气化温度和热解温度的升高都有助于提升合成气品质。H2产率在1100℃是达到最大52.8g/kg生物质,同时H2/CO也达到最大值1.42。一次气化时间是0.6s时气化效率和碳转化率出现最大值,分别为75%和96.3%。在距离炉顶1.12m通入水蒸气时,分级气化效果最好,H2含量都达到了最大值57.2%,H2/CO取得最大值2.64。 在以上研究基础上,通过流程模拟软件Aspen Plus,建立生物质分级气化系统模型,开展(?)平衡和(?)分析研究。(?)分析结果表明,该分级气化系统能量利用率却仅为41.5%,在系统各环节中,热解单元的(?)损失最高,占到了整个系统(?)损失的80.78%。(?)效率随温度升高而提升,在1100℃时达到了最高48.82%。在对分级气化系统的优化中,增加了余热回收装置,并实现了系统自热,但相应的降低了(?)效率,优化系统的(?)效率最高才8.14%。
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到2020年，全球二氧化镇排放增幅高达29%，每年将有1.1%的增长量，，如图1-2所示[3]。世界各国都积极制定了严格的限排政策，以期降低二氧化破排放的增长速度。但二氧化娱排放量还是会远高于科学界建议的路径（见国际能源署“450情景”的描述）。^^区域的彳|1:放 人均彳1丨:放45 2527 \ IB18 一丨丨 i n. 圫 100 0 1965 2000 2035 1965 2000 2035图1-2世界各地区二氧化破排放量能源的开采和燃烧，加剧了全球环境恶化。目前，全球每天大约有100 A物种灭绝，且这种消失是不可逆转[4]。环境恶化的具体表现如表1-1。2

深入的研究。丹麦Anker Degn Jensen等[42]人创建了生物质气流床实验系统，如图2-1研究了高温低氧常压环境下木屑和稻草的气化特性，温度从ioo(rc到1350°C,过量空气系数从0.25到0.5。结果表明，温度为135(rC时获得了较好的结果，H2/C0比例达到了 1.0，焦油几乎完全分解，同时残灰的含量最低。Fuel f?defrlfi ！ -^ Miiin jj*Siiam^^raiv* j t ！IVctw 报 f y|jI —II I — ^?J, ft Pn^tctlivt ga、--1 II IH - /—s /—SI II IHoai c.\ctttfl]Kr ?-Ru：、咖州kij Mcul mi“I Cyduac^ >{ ^ ?-ai?r femoval1 Puiw? If—.. ■ J( /T^ GaNjuvihtt-f V^l/‘ ‘ 'I 1 ‘ and Micro CC图2-1丹麦高温气流床气化实验系统日本名古屋大学Nobusuke Kobayashi[43]和三菱重工研究人员[44]分别对生物质气流床气化进行了气化特性研究。他们研究了木屑等生物质在高温条件下的气化特性，归纳总结了气化反应机理和特点，具体装置如图2-2所示。另外对氧气-水蒸气气化也进行了研究，见如图2-3所示，Wood biomass Char Kecdef ^Ga>it\ in^boppw Cydon* Bag filtw j Njj W AiiOflt0., i^EL j^—j ‘

本文编号：2609883