【摘要】：熱解技術(shù)是實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)清潔化利用的主要方式之一,可以將固體生物質(zhì)資源轉(zhuǎn)化為便于利用的可燃?xì)怏w、生物油和生物質(zhì)炭等清潔能源,應(yīng)用前景廣闊。目前對生物質(zhì)熱解技術(shù)的研究也取得了一定的成果,但仍缺乏對生物質(zhì)熱解過程氣相產(chǎn)物的析出特性和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)特性的系統(tǒng)研究。氣相產(chǎn)物反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和釋放特性分析,可以從理論上揭示熱解氣相產(chǎn)物釋放所遵循的基本原理。其研究內(nèi)容是生物質(zhì)熱解制取清潔燃?xì)饧夹g(shù)研究不可或缺的部分,是生物質(zhì)熱解技術(shù)進(jìn)一步深入研究的基礎(chǔ)。研究生物質(zhì)熱解轉(zhuǎn)化特性,分析熱解關(guān)鍵參數(shù)對氣相產(chǎn)物的影響規(guī)律；探索固體生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為氣相產(chǎn)物的演變過程和熱解反應(yīng)機(jī)理,建立反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型�？梢詾樯镔|(zhì)熱解轉(zhuǎn)化工程化應(yīng)用制取清潔燃?xì)馓峁├碚撝?同時(shí)為熱解制取生物質(zhì)燃?xì)庑录夹g(shù)裝備的設(shè)計(jì)研發(fā)提供指導(dǎo)。研究優(yōu)化所采用流化床設(shè)備基本運(yùn)行參數(shù),主要分析了熱解過程中流化床內(nèi)溫度、壓降參數(shù)變化,得出等溫?zé)峤膺^程溫度穩(wěn)定性誤差在0.16%以內(nèi),床內(nèi)壓降在14500Pa左右,波動(dòng)量不超過881.3Pa,流化床運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定。流化床高徑比和載氣流量等運(yùn)行參數(shù)研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),一定范圍內(nèi),高徑比和載氣流量增加均有利于生物質(zhì)熱解反應(yīng)的發(fā)生。優(yōu)化后結(jié)果顯示流化床高徑比為0.32適合生物質(zhì)熱解反應(yīng)進(jìn)行,同時(shí)流化床載氣流量應(yīng)高于0.4L/min。根據(jù)優(yōu)化得出的流化床運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行生物質(zhì)熱解實(shí)驗(yàn),探索生物質(zhì)在等溫條件下熱解氣相產(chǎn)物析出特性和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。研究發(fā)現(xiàn)溫度變化對單一氣體的釋放順序和氣相產(chǎn)物中氣體組分分布均產(chǎn)生影響,不同溫度(600℃-800℃)下熱解氣體產(chǎn)物中CO2最先釋放,H2最后析出,隨溫度升高四種氣體產(chǎn)物的釋放先后順序更加明顯。溫度增加對不同氣體產(chǎn)物產(chǎn)量影響不同,隨溫度升高氣相產(chǎn)物中H2和CH4相對含量增加,CO含量先增加后略有減小而CO2含量先減小后略有增大,表明高溫有利于H2和CH4和CO的生成,而對CO2的生成具有一定阻礙。不同溫度下氣相產(chǎn)物中CO均占有最高相對含量,表明生物質(zhì)快速熱解主要產(chǎn)生CO。原料粒徑增大(0.15-1.00mm)氣相產(chǎn)物中CO、CH4和H2的相對含量減小,CO2相對含量增大,變化量分別為5.6%、1.7%、1.8%和9.1%。生物質(zhì)等溫快速熱解過程,氧氣的參與延長了氣體產(chǎn)物析出時(shí)間,熱解過程更多的反應(yīng)發(fā)生。熱解載氣中高氧濃度下,氣相產(chǎn)物中具有更高的C02含量,而其它氣相產(chǎn)物含量有一定減小。氣相產(chǎn)物析出動(dòng)力學(xué)研究發(fā)現(xiàn)生成四種氣體產(chǎn)物的反應(yīng)速率隨溫度升高而增大,并且受溫度影響H2反應(yīng)速率變化最為明顯。采用化學(xué)反應(yīng)級數(shù)模型描述氣相產(chǎn)物析出過程,可將其分為三個(gè)階段,反應(yīng)階段II為動(dòng)力參數(shù)擬合求算階段。溫度升高生成C02和CH4的反應(yīng)級數(shù)逐漸增大,分別從0.97增大到1.27和從0.88增大到1.25；生成H2和CO反應(yīng)級數(shù)變化規(guī)律不明顯,均在600℃下取得最小值,分別為1.10和0.97,在850℃下取得最大值,分別為1.38和1.31。生成H2產(chǎn)物的表觀活化能為18.9 kJ/mol、生成CO產(chǎn)物的表觀活化能為12.05 kJ/mmol、生成C02產(chǎn)物的表觀活化能為10.48kJ/mol、生成CH4產(chǎn)物的表觀活化能為11.31 kJ/mol。H2的表觀活化能數(shù)值最大表明H2最難生成。惰性氣體下生物質(zhì)在不同溫度下熱解氣相產(chǎn)物整體析出反應(yīng)級數(shù)在1.20-1.33之間,氧化熱解過程氣相產(chǎn)物整體析出反應(yīng)級數(shù)在0.94-1.11范圍內(nèi),平均值分別為1.26和1.06。而惰性氣體和有氧環(huán)境下熱解氣相產(chǎn)物整體析出表觀活化能、頻率因子參數(shù)分別為16.74 kJ/mol、4.24s-1和22.22 kJ/rmol、6.83s-1。氧氣的參與增加了熱解氣相產(chǎn)物整體析出表觀活化能和指前因子。
【圖文】：

逡逑圖３－１常見的生物質(zhì)工業(yè)分析成分含量邐圖３－２邋ＸＬｌ系列箱式馬弗爐逡逑義１．２低位熱值分析逡逑熱值是衡量燃料價(jià)值的標(biāo)準(zhǔn)，，生物質(zhì)燃料熱值分析是其在熱化學(xué)轉(zhuǎn)化利用過逡逑程中計(jì)算熱平衡、熱效率等技術(shù)參數(shù)的基礎(chǔ)，同時(shí)對化物質(zhì)熱值參數(shù)的分析有助逡逑于宏觀把握原料是否適用于進(jìn)行熱解、氣化等轉(zhuǎn)化。燃料熱值定義為單位質(zhì)量或逡逑單位體積燃料完全燃燒所釋放出的熱量，熱值單位為ｋＪ／ｋｇ或ｋＪ／ｍ３。生物質(zhì)燃料逡逑熱值高低除與物料本身的特性有關(guān)外，還與熱值分析過程中燃料所處的燃燒環(huán)境逡逑有關(guān)ｔ５３ｌ。按分析時(shí)燃料所處環(huán)境可將熱值分為彈筒熱值（Ｂｏｍｂ邋ｈｅａｔｉｎｇ邋ｖａｌｕｅ）、逡逑高位熱值（陸班ｅｒ邋ｈｅａｔｉｎｇ邋ｖａｌｕｅ）和低位熱值（Ｌｏｗｅｒ邋ｈｅａｔｉｎｇ邋ｖａｌｕｅ），在工程應(yīng)用逡逑中常取低位熱值分折。本文研究中采用ＺＤＨＷ－ＨＮ５０００Ｅ型全自動(dòng)量熱儀對中藥逡逑渣進(jìn)行熱值分析。逡逑＼邋＾逡逑rВⅲ誨義蟇 ３－３微機(jī)全自動(dòng)量熱攸（ＺＤＨＷ－ＨＮ５０００Ｅ）逡逑生物質(zhì)原料特性測定結(jié)果如表３－１。逡逑２２逡逑

邐邋，逡逑圖３－１常見的生物質(zhì)工業(yè)分析成分含量邐圖３－２邋ＸＬｌ系列箱式馬弗爐逡逑義１．２低位熱值分析逡逑熱值是衡量燃料價(jià)值的標(biāo)準(zhǔn)，生物質(zhì)燃料熱值分析是其在熱化學(xué)轉(zhuǎn)化利用過逡逑程中計(jì)算熱平衡、熱效率等技術(shù)參數(shù)的基礎(chǔ)，同時(shí)對化物質(zhì)熱值參數(shù)的分析有助逡逑于宏觀把握原料是否適用于進(jìn)行熱解、氣化等轉(zhuǎn)化。燃料熱值定義為單位質(zhì)量或逡逑單位體積燃料完全燃燒所釋放出的熱量，熱值單位為ｋＪ／ｋｇ或ｋＪ／ｍ３。生物質(zhì)燃料逡逑熱值高低除與物料本身的特性有關(guān)外，還與熱值分析過程中燃料所處的燃燒環(huán)境逡逑有關(guān)ｔ５３ｌ。按分析時(shí)燃料所處環(huán)境可將熱值分為彈筒熱值（Ｂｏｍｂ邋ｈｅａｔｉｎｇ邋ｖａｌｕｅ）、逡逑高位熱值（陸班ｅｒ邋ｈｅａｔｉｎｇ邋ｖａｌｕｅ）和低位熱值（Ｌｏｗｅｒ邋ｈｅａｔｉｎｇ邋ｖａｌｕｅ），在工程應(yīng)用逡逑中常取低位熱值分折。本文研究中采用ＺＤＨＷ－ＨＮ５０００Ｅ型全自動(dòng)量熱儀對中藥逡逑渣進(jìn)行熱值分析。逡逑＼邋＾逡逑rВⅲ誨義蟇 ３－３微機(jī)全自動(dòng)量熱攸（ＺＤＨＷ－ＨＮ５０００Ｅ）逡逑生物質(zhì)原料特性測定結(jié)果如表３－１。逡逑２２逡逑
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TK6

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2618591