【摘要】：生物質(zhì)能是世界上第四大能源，具備環(huán)境友好和可再生等特性。但是生物質(zhì)本身存在分布分散，體積大，含水量高和能量密度低等缺點(diǎn)，導(dǎo)致運(yùn)輸成本高和前處理過程復(fù)雜，嚴(yán)重阻礙生物質(zhì)的大規(guī)模高效利用。隨著熱解技術(shù)的日益成熟，生物質(zhì)能夠被更深程度地轉(zhuǎn)化為生物炭，生物油和燃?xì)�。由于生物炭和生物油具有高能量密度的性質(zhì)，于是可以提出一種新的方法——將生物炭粉懸浮于生物油中制備生物油漿以提高其運(yùn)輸能力和能量密度，尤其是對(duì)于遠(yuǎn)距離運(yùn)輸。因此通過生物油漿技術(shù)能夠在一定程度上解決生物質(zhì)在常規(guī)利用中普遍存在的問題，使得生物質(zhì)的大規(guī)模和高效率利用成為可能。 本研究將圍繞生物油漿的高溫高效率等離子體氣化展開。為檢測(cè)制得的生物油漿能否滿足燃料的燃燒/氣化需求，首先將對(duì)其相關(guān)理化特性進(jìn)行測(cè)試，包括原料的工業(yè)分析和元素分析，發(fā)熱量，生物炭顆粒的粒徑分布，生物油漿的體積密度，靜態(tài)穩(wěn)定性及流動(dòng)特性等。測(cè)試結(jié)果表明，當(dāng)生物炭濃度20wt%時(shí)，制得的生物油漿能夠很好的滿足燃料的燃燒/氣化需求，同時(shí)高溫和低生物炭濃度有利于生物油漿的流變特性。 為探究生物油漿在常規(guī)熱轉(zhuǎn)化技術(shù)下的熱解/氣化特性，，分別在熱重分析儀和實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的固定床反應(yīng)系統(tǒng)上研究不同升溫速率和不同熱解制焦溫度下的生物油漿的CO2氣化反應(yīng)性以及不同溫度和不同氣化介質(zhì)對(duì)反應(yīng)特性的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在熱重實(shí)驗(yàn)中，得到快升溫速率下的生物油漿的CO2氣化階段活化能最低，而800℃的熱解制焦溫度為最佳。在生物油漿氣化實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)高溫和水蒸氣的加入有利于CO和H2的產(chǎn)生，但是CO2氣氛會(huì)抑制H2和CH4的生成。 為進(jìn)一步深入探討生物油漿的等離子體氣化特性，將分別從理論模型和試驗(yàn)兩個(gè)方面同步進(jìn)行，考慮建模的復(fù)雜程度，先僅對(duì)生物油進(jìn)行研究。在利用Chemkin建立的生物油高溫水蒸氣氣化反應(yīng)機(jī)理的基礎(chǔ)上，建立基于三相交流等離子體反應(yīng)器的計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)耦合的生物油漿氣化模型，以模擬進(jìn)料速率，氮?dú)廨d氣流量和模型化合物比例對(duì)模擬結(jié)果的影響。在試驗(yàn)方面，將進(jìn)行在三相交流等離子體反應(yīng)系統(tǒng)上的純氮?dú)鉁囟葴y(cè)試試驗(yàn)，然后將其同非絕熱條件下的模擬結(jié)果進(jìn)行比較，最后模擬非絕熱條件下的生物油漿等離子體氣化反應(yīng)。模擬和試驗(yàn)工作表明，選用甲苯和萘的混合物作為生物油的模型化合物，并利用Chemkin建立的生物油高溫水蒸氣氣化反應(yīng)機(jī)理，從熱動(dòng)力學(xué)角度驗(yàn)證為可行的。在絕熱條件下的計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)耦合模型中，得到最佳反應(yīng)條件下的生物油轉(zhuǎn)化率為100%，能量利用率為32.3%，同時(shí)在該條件下不同C10H8/C7H8比對(duì)氣體成分和轉(zhuǎn)化率的影響很小。在非絕熱條件下考慮DTRM輻射模型的溫度場(chǎng)模擬結(jié)果能夠?qū)θ嘟涣鞯入x子體氮?dú)庠囼?yàn)的溫度場(chǎng)進(jìn)行預(yù)測(cè)，但是在該模型中加入生物油后，模擬結(jié)果表明能量利用率很低，其主要是因?yàn)榇罅可岬拇嬖�，因而在�?shí)際試驗(yàn)中應(yīng)加強(qiáng)保溫措施，提高能量利用率。
【圖文】：

研究?jī)?nèi)容流程圖

圖 3-1 常壓固定床反應(yīng)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)架 30 分鐘實(shí)驗(yàn)完成之后，固態(tài)產(chǎn)物和液態(tài)產(chǎn)物可分別在剛玉瓷舟和冷凝做進(jìn)一步的研究使用。對(duì)于熱解反應(yīng)的三態(tài)產(chǎn)物產(chǎn)率分布，主要的計(jì)算量固態(tài)和液態(tài)產(chǎn)物的質(zhì)量，然后通過差減法，即利用樣品質(zhì)量減去固態(tài)
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TK6

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2705164