生物质微米原料气化实验研究与模拟分析

摘要

本文基于国家科技支撑计划项目：生物燃气产业模式研究与利用示范（2015BAD21B00）要求，针对生物质气化过程中如何提高气化温度以减少焦油产率，提高气化效率以及产气质量等问题，提出一种新型外加热蓄热式气化炉。通过实验研究和软件模拟，对生物质气化过程中的产气机理以及实验过程中的操作参数对气化特性的影响进行了研究分析，为蓄热式气化的设计制造提供参考。
　　本文以锯末为原料，在自主搭建的生物质气化实验台架上进行了生物质热解和水蒸气气化实验。研究了气化炉温度分布、原料水分含量、粒径大小以及水蒸气通量大小对产气特性的影响。研究表明，生物质热解和气化产气主要是由CO、H2、CH4、CO2等气体组成；温度的提升能够明显加强热解气化反应，气化温度从700℃升高至900℃，产气量从0.68m3/kg提升至0.95m3/kg，同时气化效率提升70％，达到72%；原料中水分的降低有利于产气中H2的生成，同时能够有效减少CO2组分含量。以60目的原料在900℃下的实验为例，经过干燥处理后，产气中H2组分含量上升了11.98%，同时CO2含量从16.96%降低至10.26%；原料粒径越小，越有利于热解气化反应中的传质换热过程，增强气化的二次反应，从而显著提升产气量，当粒径从80目降低到100目，产气量增幅34.8%，高达1.51m3/kg；合适的水蒸气通量，能够促进副产物焦油和焦炭的裂解，从而促进水煤气反应。当S/B为1.4时，与不通入水蒸气的情况相比，H2组分含量提升了27.76%，产气量提升至1.49m3/kg增幅为25.21%。
　　使用Aspen Plus流程模拟软件，基于生物质热解气化实验和气化动力学，建立了生物质气化流程模拟模型。并通过与实验数据的比对，对模型参数进行修正。利用修正模型，研究了气化过程中操作参数的变化对气化反应特性造成的影响。该模型能较准确地预测气化反应结果，为气化炉操作参数优化提供理论依据。

目录

声明

1 绪论

1.1 引言

1.2 生物质利用技术研究现状

1.3 微米原料

1.4 Aspen plus

1.5 本文研究内容

2 生物质热解气化工艺及原理

2.1 生物质热解技术

2.2 气化过程存在的问题

2.3 外热式生物质高温气化炉

2.4 气化主要评价参数

2.5 本章小结

3 生物质单管气化实验系统

3.1 生物质原料

3.2 生物质单管气化实验系统

3.3 生物质气化实验流程

3.4 本章小结

4 生物质气化实验结果分析

4.1 引言

4.2 气化温度对气化结果的影响

4.3 原料粒径对气化结果的影响

4.4 水蒸汽通量对气化结果的影响

4.5 本章小结

5 基于ASPEN PLUS生物质气化模拟

5.1 模型流程

5.2 模型参数设置

5.3 模拟结果

5.4 本章小结

6 结论和展望

6.1 结论

6.2 研究展望

致谢

参考文献

附录 作者在攻读硕士学位期间发表的论文