【摘要】：生物質(zhì)作為自然界唯一的含碳可再生能源,用以替代化石燃料,可以降低二氧化碳等溫室氣體的排放。鑒于生物質(zhì)原料存在分散性廣、能量密度低及不適宜長時(shí)間存儲等缺點(diǎn),生物質(zhì)的利用宜采用“分散制油,集中制氣”的手段,提高對原料的收集效率并降低運(yùn)輸成本。即先在較小范圍內(nèi)將生物質(zhì)熱解成為生物質(zhì)熱解油(生物油),再將分散制備的生物油運(yùn)輸至中心工廠。而生物質(zhì)熱解制備的生物油具有酸性高、含水含氧量高、熱值低及不穩(wěn)定等缺點(diǎn),直接利用較為困難。因此,將生物油與煤制備成為生物油煤漿,并利用氣化技術(shù)產(chǎn)生合成氣,為生物油的利用提供了一種新途徑。而且,與生物油相比,生物油煤漿熱值更高,適用性更廣；另外,由于利用了生物油中的碳,生物油煤漿又被歸為部分綠色能源。因此,本論文從煤漿利用的工藝出發(fā),對生物油煤漿的流變特性、霧化特性及其氣化特性進(jìn)行了系統(tǒng)的研究,主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下：首先,生物油煤漿作為一種新型燃料,需要對其流變特性進(jìn)行研究以確定適用于工業(yè)應(yīng)用的煤漿組成和操作條件。論文研究了不同煤階煤樣制備的生物油煤漿的流變特性,指出影響其流變特性的最主要煤質(zhì)因素為煤的空氣干燥基水份和羧基官能團(tuán)含量,并明確了適宜制漿的煤種為煙煤和無煙煤。對于神木煙煤,其最大成漿濃度約為45wt.%,該部分的研究為生物油煤漿的霧化和氣化過程做了良好的鋪墊。霧化過程是漿態(tài)燃料進(jìn)入反應(yīng)器反應(yīng)的第一個(gè)步驟,也是實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用的關(guān)鍵步驟之一。論文選用雙流體噴嘴較好地實(shí)現(xiàn)了生物油煤漿的霧化,并利用CCD耦合圖像數(shù)字處理技術(shù)對煤漿霧化液滴的粒徑和速度分布進(jìn)行了測量和分析。彌補(bǔ)了生物油煤漿霧化數(shù)據(jù)的空白,獲得了合適的霧化工藝條件。同時(shí)豐富了雙流體噴嘴霧化液滴的粒徑和速度分布研究,為生物油煤漿在氣流床反應(yīng)器中進(jìn)行試驗(yàn)奠定了基礎(chǔ)。生物油煤漿的氣化特性研究為其工業(yè)應(yīng)用提供了有效的參考數(shù)據(jù)。論文研究了生物油煤漿在常壓氣流床反應(yīng)器內(nèi)1200 ℃-1400 ℃范圍內(nèi)的氣化特性,并與水煤漿的氣化特性進(jìn)行對比。實(shí)驗(yàn)表明,生物油煤漿的碳轉(zhuǎn)化率達(dá)95%以上,明顯高于水煤漿。在工藝流程計(jì)算中,生物油煤漿的氣化效率比水煤漿高出3個(gè)百分點(diǎn),比氧耗比水煤漿降低約18%,證明了生物油煤漿在氣流床中氣化制備合成氣的可行性。生物油煤漿氣化所得固體產(chǎn)物的研究作為對生物油煤漿氣流床氣化特性研究的補(bǔ)充,以增進(jìn)對生物油煤漿氣化過程的了解。氣化固體產(chǎn)物的分析與表征結(jié)果表明,生物油煤漿氣化所得飛灰的反應(yīng)性高于水煤漿飛灰,并且生物油煤漿的過濾器飛灰比旋風(fēng)分離器飛灰有更高的氣化反應(yīng)性,生物油中含有的可溶性K鹽是氣化反應(yīng)性較高的主要原因。
【圖文】：

粒徑和速度在空間（沿霧化噴嘴軸向和徑向）的分布和變化，可查詢的文獻(xiàn)較少。逡逑Ｓ．邋Ｙ．邋Ｓｏｎｌ＾ｊ等人利用雙流體噴嘴和激光巧射技術(shù)測量了不同粒徑的煤漿顆粒的逡逑霧化特性，得到了如圖１．４（ａ）所示的顆粒粒徑沿噴嘴軸向分布圖。沿噴嘴的軸向中必逡逑線，液滴粒徑均呈現(xiàn)先減小后增加的趨勢。液滴粒徑減小即為水煤漿碎片破碎的過程，逡逑隨著軸向距離的增加，部分液滴合并成為較大的液滴，，造成液滴的粒徑增加。然而當(dāng)逡逑噴嘴結(jié)構(gòu)和霧化工質(zhì)改變時(shí)，得到的粒徑空間分布會略有不同。Ｍａ等ｉｓｙ研究了石油逡逑焦污泥漿經(jīng)氣泡霧化噴嘴霧化后的液滴粒徑沿軸向的分布，發(fā)現(xiàn)在噴嘴下方１０－３０邋ｃｍ逡逑處

３Ｊ＿逡逑２．３．１穩(wěn)定性逡逑穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)測得千種煤樣制備的生物油煤漿的穿巧率如圖２．４所示。由圖中結(jié)果逡逑可知，不同煤粉制備的生物油煤漿的穿透率大致可＾心分為兩種：接近完全穿透和部分逡逑穿逸！由煙煤和無煙煤制得的生物油煤漿穿透率均接近１００％．而由褐煤制備的生物逡逑油煤漿穿透率較低，分別為３３．５７％邋（ＢＲ煤），３９．８３％邋（ＸＬ煤）和８２．８７0／0邋（ＹＬ煤）。逡逑由此結(jié)果表明，經(jīng)過７天的放置后，褐煤生物油煤漿產(chǎn)生的硬沉淀較多，而煙煤和無逡逑煙煤生物油煤漿化乎沒有硬沉淀產(chǎn)生。邐逡逑■ｉｎｎ邐１００邋９８．８８邋１００邋９９．７２邋１００邋１００邋９９．２１逡逑＾邋？邐８２．８７自W《？W逡逑４WWＩＩＩ逡逑ＸＬ邋ＢＲ邋ＹＬ邋ＦＧ邋ＳＷ邋ＳＭ邋ＴＳ邋ＹＣ邋ＴＸ邋ＪＣ逡逑Ｃｏａｌ邋ｓａｍｐｌｅｓ逡逑西２．４不同巧樣制備的生物油煤漿的穿透率逡逑Ｆｉｇ．邋２．４邋Ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ邋ｒａｔｅ邋ｏｆ邋ｓｌｕｒｒｉｅｓ邋ｍａｄｅ邋ｂｙ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｃｏａｌ邋ｓａｍｐｌｅｓ逡逑圖２．５結(jié)果表示生物油煤漿的穿透率與時(shí)間的關(guān)系。由結(jié)果顯示，可將生物油煤逡逑漿的穿透率與時(shí)間的關(guān)系分為Ｈ種：其一，對于高穿透率的生物油煤漿，即煙煤和無逡逑煙煤制備的生物油煤漿，玻璃棒能夠迅速下落到煤漿底部，這表明由煙煤和無煙煤制逡逑備的生物油煤漿經(jīng)過放置后，粘度仍然較低，整體性質(zhì)較為均勻，沒有出現(xiàn)明囼分層；逡逑其二
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院(過程工程研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ517

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本文編號：2704717