生物油漿氣化特性試驗(yàn)與模擬研究.pdf

1、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(guò)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)狻Ｓ捎谏锾亢蜕镉途哂懈吣芰棵芏鹊男再|(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(guò)生物油漿技術(shù)能夠在一

2、定程度上解決生物質(zhì)在常規(guī)利用中普遍存在的問(wèn)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(kāi)。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

3、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CO

4、2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

5、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