【摘要】：生物質(zhì)能是唯一可以轉(zhuǎn)化為液體燃料的可再生能源,而生物質(zhì)間接液化技術(shù)是未來最具有發(fā)展?jié)摿夹g(shù)之一,其中氣化技術(shù)是間接液化的基礎(chǔ)和關(guān)鍵之一。生物質(zhì)氣化特別是分級氣化在定向制備合成氣的氣化特性、分級氣化機理及其能量效率研究等還認識不足,尚待深入研究。本文依托國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展973計劃項目(2007CB210200)“生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為高品位燃料的基礎(chǔ)問題研究”,對生物質(zhì)多級高溫氣化技術(shù)這一基礎(chǔ)課題進行了相關(guān)的試驗和理論研究,對于發(fā)展分級氣化內(nèi)在規(guī)律和間接液化具有重要意義。 本文首先進行了生物質(zhì)混合氣化特性的研究,其次提出了針對混合氣化的分級氣化以更好的定向制備高品質(zhì)合成氣的技術(shù)路線。利用MATLAB軟件編程進行了多級高溫氣化的模擬計算研究,提出了分級氣化影響因素并指導(dǎo)分級氣化試驗的進行,隨后通過分級氣化試驗系統(tǒng)驗證并研究了分級氣化特性。最后通過Aspen Plus進行了整個系統(tǒng)(?)損失計算,尋找分級氣化系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié),以指導(dǎo)優(yōu)化生物質(zhì)分級氣化系統(tǒng)的改進。 在小型生物質(zhì)氣流床氣化試驗系統(tǒng)上,為了得到高品質(zhì)合成氣,開展了三種生物質(zhì)物料的氧氣-水蒸氣混合氣化的氣化特性試驗研究。研究結(jié)果表明：三種生物質(zhì)中,木屑的H2/CO比例最高達到了1.21,提升的最高達到了23.5%。 建立生物質(zhì)多級高溫氣化模型,有助于了解分級氣化機理,指導(dǎo)預(yù)測分級系統(tǒng)試驗。本文通過matlab編程,實現(xiàn)了求解氣化動力學(xué)模型控制方程,并進行氣化特性研究。結(jié)果表明,在一次氣化時間為0.6s時,H2/CO比例最大,達到了1.2。隨著O/B的增加H2/CO出現(xiàn)現(xiàn)增加后降低的趨勢,在0.2附近出現(xiàn)了最高值1.19。適當?shù)腛/B是高效定向氣化的重要因素。 對多級高溫氣化進行試驗研究,不僅驗證了分級氣化系統(tǒng)模型的計算結(jié)果,同時,更好的了解了分級氣化特性。結(jié)果顯示,氣化溫度和熱解溫度的升高都有助于提升合成氣品質(zhì)。H2產(chǎn)率在1100℃是達到最大52.8g/kg生物質(zhì),同時H2/CO也達到最大值1.42。一次氣化時間是0.6s時氣化效率和碳轉(zhuǎn)化率出現(xiàn)最大值,分別為75%和96.3%。在距離爐頂1.12m通入水蒸氣時,分級氣化效果最好,H2含量都達到了最大值57.2%,H2/CO取得最大值2.64。 在以上研究基礎(chǔ)上,通過流程模擬軟件Aspen Plus,建立生物質(zhì)分級氣化系統(tǒng)模型,開展(?)平衡和(?)分析研究。(?)分析結(jié)果表明,該分級氣化系統(tǒng)能量利用率卻僅為41.5%,在系統(tǒng)各環(huán)節(jié)中,熱解單元的(?)損失最高,占到了整個系統(tǒng)(?)損失的80.78%。(?)效率隨溫度升高而提升,在1100℃時達到了最高48.82%。在對分級氣化系統(tǒng)的優(yōu)化中,增加了余熱回收裝置,并實現(xiàn)了系統(tǒng)自熱,但相應(yīng)的降低了(?)效率,優(yōu)化系統(tǒng)的(?)效率最高才8.14%。
【圖文】：

到2020年，全球二氧化鎮(zhèn)排放增幅高達29%，每年將有1.1%的增長量，，如圖1-2所示[3]。世界各國都積極制定了嚴格的限排政策，以期降低二氧化破排放的增長速度。但二氧化娛排放量還是會遠高于科學(xué)界建議的路徑（見國際能源署“450情景”的描述）。^^區(qū)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圖1-2世界各地區(qū)二氧化破排放量能源的開采和燃燒，加劇了全球環(huán)境惡化。目前，全球每天大約有100 A物種滅絕，且這種消失是不可逆轉(zhuǎn)[4]。環(huán)境惡化的具體表現(xiàn)如表1-1。2

深入的研究。丹麥Anker Degn Jensen等[42]人創(chuàng)建了生物質(zhì)氣流床實驗系統(tǒng)，如圖2-1研究了高溫低氧常壓環(huán)境下木屑和稻草的氣化特性，溫度從ioo(rc到1350°C,過量空氣系數(shù)從0.25到0.5。結(jié)果表明，溫度為135(rC時獲得了較好的結(jié)果，H2/C0比例達到了 1.0，焦油幾乎完全分解，同時殘灰的含量最低。Fuel f?defrlfi ！ -^ Miiin jj*Siiam^^raiv* j t ！IVctw 報 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圖2-1丹麥高溫氣流床氣化實驗系統(tǒng)日本名古屋大學(xué)Nobusuke Kobayashi[43]和三菱重工研究人員[44]分別對生物質(zhì)氣流床氣化進行了氣化特性研究。他們研究了木屑等生物質(zhì)在高溫條件下的氣化特性，歸納總結(jié)了氣化反應(yīng)機理和特點，具體裝置如圖2-2所示。另外對氧氣-水蒸氣氣化也進行了研究，見如圖2-3所示，Wood biomass Char Kecdef ^Ga>it\ in^boppw Cydon* Bag filtw j Njj W AiiOflt0., i^EL j^—j ‘

本文編號：2609883