基于多組分的生物質快速熱解實驗及模擬研究.pdf

1、生物質熱解技術由于能將低品位的生物質能轉化為高品質液體燃料或者高附加值的化工原料，在生物質轉化技術中起著至關重要的作用。由于生物質熱解過程十分復雜，生物油的組成成分有上百種，熱解過程受到很多因素的影響，從反應機理和反應速率等方面對生物質熱解產物進行模擬預測具有較多的不確定性。為了克服生物質本身結構復雜對熱解模擬所帶來的困難，簡化模型，為生物質熱解液化產物預測提供參考依據，本文利用生物質三組分（纖維素、半纖維素和木質素）疊加的方法進行研究

2、，通過三組分的熱解實驗獲得產物產率與組分含量之間的關系式，為生物質熱解模擬提供實驗基礎。本文在該研究背景下，開展了生物質熱解實驗及其模擬研究。
　　 在管式爐反應器上對生物質三組分（纖維素、半纖維素和木質素）進行熱解實驗，考察熱解溫度對三組分熱解產物的影響，對熱解產生的不凝性氣體和生物油進行組分分析。結果表明，溫度對生物質熱解有著顯著的影響，隨著溫度的升高，焦炭產率不斷降低，不凝性氣體產率不斷升高，而生物油產率先升后降，存在一最

3、佳溫度值。纖維素熱解產生的焦炭產率最少而生物油產率最高；木質素中的灰分含量較高，灰分中的堿金屬對焦炭的產生有一定的催化作用，因此木質素熱解產生的焦炭最多；而木聚糖的不凝性氣體產率最高。
　　 選取三種典型生物質（稻秸、玉米稈和花生藤）為原料，在管式爐反應器上進行熱解實驗，分析熱解溫度對產物的影響，并將三種組分的熱解產物按照生物質中組分的含量進行疊加，與實驗結果進行對比，分析組份疊加的可行性。結果表明，按照三組分疊加的方法來計算生

4、物質的熱解產物在一定程度上是可行的，在整個溫度范圍內產物的產率變化趨勢是一致的。
　　 在以上實驗的基礎上，基于三組分疊加原理，根據400℃、500℃和600℃三個溫度點所擬合出的產物產率與溫度關系的曲線，利用Aspen Plus軟件建立基于多組分的生物質快速熱解模塊，模擬熱解溫度對熱解產物、不凝性氣體組分和熱值、生物油熱值的影響。結果表明，生物質熱解模塊能夠很好地反應出生物質的熱解產物產率，熱解所得結果與實驗值能夠較好地吻合，

5、具有一定的通用性。建立串行流化床生物質熱解系統(tǒng)，將生物質的燃燒與熱解過程分開，針對自熱平衡系統(tǒng)的實際，設計兩種白供熱方案，系統(tǒng)一對燃燒反應器添加一定量的新鮮生物質進行補燃，系統(tǒng)二將熱解得到的焦炭一部分送入到燃燒反應器中進行燃燒。對系統(tǒng)的焦炭產率、生物油產率和系統(tǒng)效率進行分析。結果表明，兩種系統(tǒng)都能很好地實現(xiàn)生物質的自熱式熱解，以制取生物油為目的，從系統(tǒng)生物油產率和系統(tǒng)效率等方面考慮，系統(tǒng)二的方案更優(yōu)，所用的生物質總量較少，生物油產率較高