生物質(zhì)熱解及焦油熱裂解的實驗研究和數(shù)值模擬.pdf

1、 國內(nèi)圖書分類號：TK6 學(xué)校代碼：10213 國際圖書分類號：620.95 密級：公開 工學(xué)博士學(xué)位論文 工學(xué)博士學(xué)位論文 生物質(zhì)熱解及焦油熱裂解的實驗研究和 數(shù)值模擬 博 士 研 究 生 ： 齊國利 導(dǎo) 師 ： 談和平 教授 副 導(dǎo) 師 ： 董 芃 教授 申

2、請 學(xué) 位 ： 工學(xué)博士 學(xué) 科 ： 動力工程及工程熱物理 所 在 單 位 ： 能源科學(xué)與工程學(xué)院 答 辯 日 期 ： 2010 年 9 月 授予學(xué)位單位 ： 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 摘 要 - I - 摘 要 在生物質(zhì)能源的利用技術(shù)中，生物質(zhì)熱解氣化技術(shù)是一種通過熱化學(xué)反應(yīng)將固態(tài)生物質(zhì)轉(zhuǎn)換為氣體燃料的過程。但是傳統(tǒng)的氣化技術(shù)存在著燃氣中焦油含量高、廢水難以處理等問題，特別是焦油含量高是目前生物質(zhì)熱解氣化技術(shù)

3、面臨的主要問題。目前能有效解決焦油問題方法之一是高溫?zé)崃呀夥ǎ且环N簡單易行、具有工程應(yīng)用前景的焦油脫除方法。本文針對生物質(zhì)利用過程中焦油含量高的問題，提出了生物質(zhì)熱解及焦油高溫?zé)崃呀獾募夹g(shù)路線，通過實驗和數(shù)值模擬，研究了生物質(zhì)熱解特性，分析了生物質(zhì)油和焦油的熱裂解特性，得到如下結(jié)果： (1) 利用熱重分析法研究了典型生物質(zhì)稻殼、玉米秸稈和白樺木屑的熱解過程，分析生物質(zhì)熱解的一般規(guī)律。通過比較慢速升溫和快速升溫條件下生物質(zhì)熱解過程的差

4、異，發(fā)現(xiàn)熱重法可以定量預(yù)測粒徑小于 0.2mm 生物質(zhì)的熱解過程，能夠定性描述粒徑小于 1mm 生物質(zhì)的熱解過程。 (2) 設(shè)計研制了一種生物質(zhì)熱解及焦油高溫?zé)崃呀鈱嶒炏到y(tǒng)，該系統(tǒng)將生物質(zhì)熱解和焦油的高溫裂解分開，通過改變?nèi)紵鞯墓崃亢托顭崾教沾闪呀馄鞯慕孛娣e，來調(diào)節(jié)焦油裂解的溫度環(huán)境和停留時間。實驗運行結(jié)果表明本文設(shè)計的生物質(zhì)熱解及焦油高溫?zé)崃呀庀到y(tǒng)不僅能夠提供焦油裂解所需的高溫溫度場，而且能夠準確測定焦油在此溫度場的停留時間。 (

5、3) 在生物質(zhì)熱解及焦油高溫?zé)崃呀鈱嶒炁_上考察了裂解溫度對焦油種類、熱解產(chǎn)物、氣體產(chǎn)物成分、焦油中化合物成分的影響以及停留時間對焦油裂解率的影響。結(jié)果表明隨著溫度的升高液體產(chǎn)物產(chǎn)率經(jīng)歷了先升高后減少的過程，溫度為 500℃時，液體產(chǎn)物產(chǎn)率最高，之后隨著溫度的提高，液體產(chǎn)物產(chǎn)率逐漸減少，當溫度達到 1200℃時，生物質(zhì)氣中焦油含量已達到 11.7mg/Nm3；當溫度達到 1200℃時，焦油含量中的成分主要是三環(huán)、四環(huán)的芳香族有機物，焦油種

6、類從 129 種下降到 18 種；增加停留時間可以明顯降低生物質(zhì)氣中的焦油含量，但當溫度達到 1200℃時，停留時間為 0.5s時焦油量急劇下降，再增加時間則焦油量變化不明顯。 (4) 建立了生物質(zhì)熱解及液體產(chǎn)物高溫?zé)崃呀獾幕瘜W(xué)反應(yīng)動力學(xué)模型，該熱解模型根據(jù)液體產(chǎn)物的特點將可凝揮發(fā)份分為生物質(zhì)油和焦油。將化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)方程和能量方程耦合，通過數(shù)值模擬，分析溫度、停留時間、粒徑和壓力等參數(shù)對生物質(zhì)熱解及焦油高溫?zé)崃呀獾挠绊憽＝Y(jié)果表明：熱解