發(fā)布時(shí)間：2020-08-25 03:19

【摘要】：生物質(zhì)氣化技術(shù)能夠?qū)⒏黝愞r(nóng)林廢棄物轉(zhuǎn)化為富含H2、CO和CH4等可燃?xì)怏w成分的氣體燃料,因而受到了人們的廣泛關(guān)注。為了提高氣化效率和原料適應(yīng)性,人們已經(jīng)開發(fā)了固定床、流化床等多種類型的氣化反應(yīng)器。與固定床相比,流化床反應(yīng)器具有傳熱效率高、氣化產(chǎn)量高、易放大、過程易于控制等優(yōu)點(diǎn)。本文嘗試開發(fā)一種新型的實(shí)時(shí)熱重分析系統(tǒng),通過進(jìn)料的微分化,更加真實(shí)地揭示生物質(zhì)在流化床氣化爐中經(jīng)歷的變化,研究這一過程中生物質(zhì)的熱失重,氣化氣組分、焦油成分和生物炭成分等的變化情況,獲得生物質(zhì)在流化床反應(yīng)器內(nèi)的氣化特性,為工業(yè)流化床反應(yīng)器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用提供指導(dǎo)。首先,以松木屑為氣化原料,通過自行設(shè)計(jì)的實(shí)時(shí)熱重分析系統(tǒng),研究生物質(zhì)原料在氣化過程中的熱失重變化情況,重點(diǎn)考察氣化溫度、氣化當(dāng)量比對氣化過程的影響,進(jìn)一步分析了氣化氣、焦油和生物炭成分,確定了松木屑在流化床氣化爐中的最優(yōu)氣化強(qiáng)度。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),氣化溫度為800 ℃、氣化當(dāng)量比為0.25、氣化強(qiáng)度為600 kg/(m2·h)的氣化參數(shù)被認(rèn)為是流化床氣化爐中松木氣化的最佳條件。同時(shí)發(fā)現(xiàn)氣化當(dāng)量比在實(shí)際氣化條件中對松木屑的失重變化沒有明顯影響。其次,本實(shí)驗(yàn)探討了楊木屑與豬糞混合氣化的可行性。通過實(shí)時(shí)熱重分析系統(tǒng),考察了兩種物料混合氣化的氣化特性,研究了氣化氣、焦油與生物炭三種氣化產(chǎn)物在不同的楊木屑、豬糞物料混合比例下的變化,進(jìn)一步分析了兩種物料混合比例對氣化產(chǎn)物成分的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,豬糞與楊木的混合比例在4:6以下時(shí),兩種生物質(zhì)可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的混合氣化。最后,本實(shí)驗(yàn)通過楊木屑與干豬糞在氣化過程中的質(zhì)量變化情況進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)分析,研究發(fā)現(xiàn),轉(zhuǎn)化率在0.3以下時(shí),楊木屑?xì)饣罨茉?8～60kJ/mol之間,干豬糞氣化活化能在28～30 kJ/mol之間,氣化反應(yīng)滿足阿倫尼烏斯經(jīng)驗(yàn)公式,而當(dāng)轉(zhuǎn)化率在0.3以上時(shí),阿倫尼烏斯經(jīng)驗(yàn)公式不再適用于氣化反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)分析。這表明真實(shí)氣化反應(yīng)過程非常復(fù)雜,活化能不能看作與溫度無關(guān)的常數(shù),根據(jù)傳統(tǒng)熱重分析儀得出的活化能可能與真實(shí)氣化活化能差異較大。
【學(xué)位授予單位】：廈門大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TK6
【圖文】：

借助氣化劑如空氣（或者氧氣）、水蒸汽等的作用，使生物質(zhì)發(fā)生干燥、逡逑熱解、氧化、還原重整反應(yīng)，最終轉(zhuǎn)化為ＣＯ、Ｈ２、Ｃ0２和ＣＨ４等氣體，并伴有逡逑一定焦油和生物炭的產(chǎn)生的過程，其基本原理如圖１．２所示。工業(yè)氣化爐中常用逡逑的氣化劑有空氣或蒸汽與氧氣的混合物，氧氣量通常是理論上完全燃燒所需量的逡逑１／５至１／３。氣化所需的熱量是由生物質(zhì)在反應(yīng)器中部分燃燒產(chǎn)生的。除了木屑、逡逑秸桿、稻殼等典型的生物質(zhì)農(nóng)林廢棄物之外，氣化操作也可以用畜牧糞便、塑料、逡逑煤粉、生活垃圾和污泥等與生物質(zhì)的混合物來實(shí)現(xiàn)［４］。逡逑生物質(zhì)在氣化過程中發(fā)生的熱化學(xué)反應(yīng)非常復(fù)雜，氣化溫度通常在８００和逡逑１２００邋°Ｃ之間，在氣化器內(nèi)發(fā)生的平行反應(yīng)如表１．１所示。熱解過程產(chǎn)生的焦油在逡逑氣化爐中進(jìn)一步的被氧化、重整、加氫和裂解而轉(zhuǎn)化，發(fā)生吸熱反應(yīng)。在空氣或逡逑氧氣存在下，焦炭和可燃性氣體（ＣＯ、Ｈ２和ＣＨ４）發(fā)生部分或完全氧化反應(yīng)，逡逑并放出大量的熱能，為氣化的干燥、熱解和還原反應(yīng)提供必要的熱量。此后產(chǎn)生逡逑的Ｈ２０和Ｃ０２分子在焦炭氣化過程中被消耗（１－８？１－１２）。水煤氣轉(zhuǎn)換反應(yīng)（１－逡逑１７）和甲烷化反應(yīng)（１－１８和１］９）的強(qiáng)弱

第二章實(shí)時(shí)熱重分析系統(tǒng)對松木氣化的研究逡逑２．２．２實(shí)驗(yàn)儀器逡逑松木肩氣化實(shí)驗(yàn)使用的氣化裝置如圖２．１所示，該反應(yīng)器是自行安裝、調(diào)試逡逑的帶有實(shí)時(shí)在線熱重分析功能的生物質(zhì)氣化裝置，整個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可以承受的最高逡逑溫度為１２００邋°Ｃ，該裝置主要由氣路系統(tǒng)、反應(yīng)系統(tǒng)、進(jìn)料和熱重分析系統(tǒng)、焦逡逑油收集系統(tǒng)組成。氣路系統(tǒng)由外徑為３ｍｍ的不銹鋼氣路管和閥門將空氣氣瓶與逡逑反應(yīng)器進(jìn)氣口連接而成，空氣購置于廈門成功氣體公司。逡逑邐１１逡逑圖２．１實(shí)時(shí)熱重分析系統(tǒng)裝置圖：（］）空氣瓶；（２）減壓閥；（３）溫度控制逡逑器；⑷氣體閥門；（５）轉(zhuǎn)子流量計(jì)；（６）高溫段；（７）樣品容器；（８）低溫段；逡逑（９）石英管反應(yīng)器；（１０）精密天平；（１１）定滑輪；（１２）循環(huán)冷卻泵；（１３）焦油逡逑收集裝置；（１４）電腦；（１５）集氣袋；（１６）真空泵逡逑Ｆｉｇ．邋２．１邋Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ邋ａｐｐａｒａｔｕｓ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ邋ｔｈｅｒｍｏｇｒａｖｉｍｅｔｒｉｃ邋ｓｙｓｔｅｍ逡逑反應(yīng)系統(tǒng)主要有管式電阻爐和石英管反應(yīng)器組成。管式電阻爐的爐膛長度為逡逑６００ｍｍ，爐膛內(nèi)徑為５０ｍｍ，該電阻爐的額定功率為３邋ＫＷ。管式反應(yīng)器為石英逡逑材質(zhì)，管長】４００邋ｍｍ，外徑４８邋ｍｍ，壁厚２邋ｍｍ，在距石英管一端４００邋ｍｍ處連逡逑接一內(nèi)徑２ｍｍ、外徑４ｍｍ、長６ｍｍ石英管進(jìn)氣口，連接進(jìn)氣管。氣化裝置由逡逑高溫段和低溫段組成，爐膛內(nèi)有３００邋ｍｍ的恒溫區(qū)為高溫段，最高工作溫度為逡逑１２００°Ｃ

Ｆｉｇ．邋２．２邋Ｔｈｅ邋ｍａｓｓ邋ｌｏｓｓ邋ｒａｔｅ邋ｏｆ邋ｐｉｎｅ邋ｓａｗｄｕｓｔ邋ｉｎ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ逡逑２．３．２．２氣化溫度對氣體產(chǎn)物的影響逡逑圖２．３顯示了在氣化當(dāng)量比為０．２５時(shí)，氣化氣中Ｈ２、ＣＯ、ＣＨ４和Ｃ０２四種逡逑氣體濃度與氣化溫度的關(guān)系。如圖所示，氣化當(dāng)量比為０．２５時(shí)，氣化溫度對氣體逡逑組分的影響表現(xiàn)出一致的規(guī)律。Ｈ：、ＣＯ和ＣＨ４的氣體濃度隨著氣化溫度的升高逡逑而升高，而Ｃ０２的氣體濃度均隨著氣化溫度的升高而降低。在圖２．３中，隨著氣逡逑化溫度從７００°Ｃ增加到９００°Ｃ，Ｈ２濃度從２．４７ｍｏｌ％增加到１３．６４ｍｏｌ％，水煤氣逡逑轉(zhuǎn)換反應(yīng)（Ｍ７）是氣化過程中一個(gè)重要的可逆反應(yīng)Ｉ７＇氣化溫度的增加有利于逡逑２５逡逑

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2803195