生物质冷态流化特性与热解生物质制备液体燃料的研究

摘要

本文的主要工作是确定了生物质与砂子的混合物的最小流化速度，热解稻壳和锯末制备液体燃料，对液体燃料的化学成分进行分析。 为了更好的操作、设计流化床和对流化床进行数学建模，通过实验确定了稻壳-砂子混合物与锯末-砂子混合物的最小流化速度及流化床表观气速和流化床压降的函数关系。对于稻壳-砂子混合物，稻壳的质量百分比是0％、10％、20％、30％、40％和100％。对于锯末-砂子混合物，锯末的质量百分比是10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％和90％。由此获得了生物质与砂子的混合物最小流化速度随生物质质量百分比含量变化的改变趋势。实验结果表明，随着稻壳质量百分比的增加，混合物最小流化速度增加，当稻壳质量百分比达到30％时，稻壳-砂子混合物最小流化速度达到最大值，但当稻壳质量百分比超过30％，随着稻壳质量百分比的增加，混合物最小流化速度减小。随着锯末质量百分比的增加，混合物最小流化速度增加，当锯末质量百分比达到60％时，锯末-砂子混合物最小流化速度达到最大值，但当锯末质量百分比超过60％的时候，随着锯末质量百分比的增加，混合物最小流化速度减小。由此可见，当稻壳质量百分比超过30％，锯末质量百分比超过60％时，它们与砂子混合物表现出特殊的流化性质。一种新的方法，线性插值方法被使用以确定生物质-砂子混合物的最小流化速度，线性插值方法是确定生物质-砂子混合物最下流化速度的通用、可靠的方法。使用3次保型厄米特插值获得经验方程，确定稻壳质量百分比与稻壳-砂子混合物最小流化速度的函数解析式。使用最小二乘法获得经验方程，确定锯末质量百分比与锯末-砂子混合物最小流化速度的函数解析式。这两个解析式能够很好地预测稻壳-砂子、锯末-砂子混合物的最小流化速度。 接着，论文系统研究了将稻壳和锯末转化为液体燃料的热解过程。实验发现，对于所有原料，生物油产量随温度的增加先升高后减小，因此存在一个最佳温度值，使得生物油的产率达到最高。对于稻壳、锯末、稻壳-锯末混合物，在温度为465℃、490℃和475℃时，生物油达到最大产率，分别为56％、61％和60％。实验中的冷凝方式是直接冷凝，不可冷凝气体的量随温度的增加始终增加，焦碳的量随温度的增加始终减小。来自于冷凝器底部，被良好雾化的液体燃料与热解蒸汽直接接触，热解蒸汽被冷凝为热的液体燃料，巨大的热量被液体燃料雾滴迅速吸收，这是冷凝热解蒸汽的最佳方式。直接冷凝具有很高的冷凝效率。对液体燃料的元素分析和对不可冷凝气体的化学成分分析表明，液体燃料的含硫、含氮量极小，不可冷凝气体基本不含对大气造成污染的有害气体成分，因此，源于稻壳和锯末的液体燃料是比化石燃料更清洁的绿色能源，热解过程本身也不存在污染。此外可以用焦炭燃烧来提供热解所需要的能源，焦炭燃烧产生的二氧化碳也可以替代氮气作为流化气，从而热解成本可以大大降低。 最后，分析了液体燃料的化学成分及稳定性。对生物油成分分析采用气相色谱-质谱联用。共检测出生物油中的17种组分及其含量。分析结果表明，生物油由有机酸，醚，其他杂环化合物组成。生物油中含有较多有机酸，因此生物油显酸性，甲酸是生物油所含有机酸中含量最多的酸。甲酸、甲基乙基醚，乙醇，甲苯、富马酸单乙酯在生物油中的含量属于4％。生物油复杂，分离困难。因此利用生物油作为原材料生产化工产品存在一定困难，当前，将生物油作为燃料直接在锅炉中燃烧是利用生物油的较好方式 。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1开发新能源的必要性

1.2各种新能源及其优缺点

1.2.1太阳能

1.2.2风能

1.2.3地热能

1.2.4海洋能

1.2.5氢能

1.2.6核能

1.2.7天然气水合物

1.2.8生物质能

1.3未来石油的可能替代品-生物油

1.3.1生物油的制备技术

1.3.2生物油的性质、精制与利用

1.4论文中所做的工作

第二章生物质与砂子的混合物的冷态流化性质

2.1流化床内气固两相流动的基本知识

2.1.1单颗粒的基本性质

2.1.2单颗粒的流动行为

2.1.3颗粒群的粒度分布与平均当量直径

2.1.4颗粒密度的几种定义及测定方法

2.2固体颗粒流态化

2.2.1流化形成的条件与流态化基本特征

2.2.2流态化过程与起始流化速度

2.2.3流化质量

2.3气固密相流化床

2.3.1结构与主要组成部分

2.3.2流型转变与操作区域

2.3.3特点与应用

2.4循环流化床

2.1结构与主要组成部分

2.2流型转变与操作区域

2.3特点与应用

2.5喷动床

2.5.1结构与主要组成部分

2.5.2流型转变与操作区域

2.5.3特点与应用

2.6生物质与沙的混合物的最小流化速度

2.6.1实验材料

2.6.2实验装置

2.6.3实验方法

2.6.4结果与讨论1

2.6.4结果与讨论2

2.6.5结论

第三章热解稻壳、锯末制备生物油

3.1简介

3.2实验材料、设备和方法

3.2.1实验材料

3.2.2实验设备

3.2.3实验方法

3.3结果与讨论

3.4结论

第四章生物油成分分析

4.1简介

4.2分析原理

4.2.1气相色谱定性与定量原理

4.2.2质谱定性原理

4.3材料、仪器、方法和实验条件

4.3.1材料

4.3.2设备

4.3.3方法

4.3.4 Gc-Ms仪的实验条件

4.4结果与讨论

4.5结论

参考文献

致谢

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