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气流床条件下生物质气化反应特性研究

作　者: 梅勤峰
导　师: 周劲松；施正伦
学　校: 浙江大学
专　业: 热能工程
关键词: 生物质气流床气化特性碱金属
分类号: TK6
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着化石能源的日益减少以及由使用化石能源造成的环境不断恶化,生物质能源化利用正受到越来越多的重视。我国已成为石油及油品净进口国,利用生物质间接液化制取液体燃料,可以作为液体燃料来源的一个补充。生物质间接液化技术的第一步是合成气的制取,本文在分析了大量研究文献基础上自行搭建小型生物质气流床气化实验台,通过实验结果分析,开展了生物质气流床气化特性、气化过程中碱金属迁移等方面的研究。选用稻壳、木屑、玉米秆、海藻粉等不同生物质在气化炉中进行了纯氧气化,考察了不同温度、氧质比、原料粒径对气化特性的影响。结果表明,高温有利于生物质气化,促进碳转化率和冷煤气效率的提高。比较了纯氧气化中添加不同比例的水蒸汽和C02,结果表明,若以提高热值为制取合成气的目标时,添加C02在一定范围内可以达到水蒸气的效果,同时降低了系统能耗及简化了气化设备；对比了原料气化烘焙前处理前后的气化特性差异,结果显示,经烘焙后的有效气产量、合成气低位热值有明显的提升。1200℃时,有效气产量比原样提高了45.9%,热值提高了67.1%。实验证明了,烘焙可以有效的解决生物质原料的输送问题,同时对改善合成气品质很有益处。生物质中碱金属的存在,可能会对液化设备造成损害和引起催化剂中毒。因此,在进行生物质麦秆的气化时,采集了合成气的碱金属和底灰,分析了碱金属在气流床气化过程中在气相和固相中的分布情况。考察了酸性氧化物Si02、碱性氧化物MgO、中性氧化物Al203作为添加剂对碱金属析出行为的影响。结果显示,随着温度的升高,气相中碱金属含量增加,固相中则相反；不同添加剂均有助于提高对碱金属的固留率,其中MgO的效果最好,比无添加剂时对钾、钠的固留率分别提高了20.23%和21.24%。添加剂对生物质灰熔点的影响表现出两方面,一方面添加剂与碱性氧化物形成低熔点的共融体,使灰熔点降低；另一方面,添加剂添加过量或者无法与灰充分接触,会导致灰熔点的增高。因此在气流床条件下选择添加剂比例时,应充分考虑碱金属固留率与灰熔点的关系。

全文目录

致谢  4-5
摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
1 绪论  11-24
  1.1 引言  11-12
  1.2 生物质能源的概念和特点  12-13
    1.2.1 生物质及生物质能的概念  12
    1.2.2 生物质能的来源  12-13
    1.2.3 生物质资源的主要特点  13
  1.3 生物质能开发利用技术  13-16
    1.3.1 生物质气化技术在我国的应用  14-15
    1.3.2 生物质液化技术在我国的应用  15-16
  1.4 本文研究背景及生物质间接液化技术的意义  16-17
    1.4.1 研究背景  16
    1.4.2 生物质间接液化技术的意义  16-17
  1.5 生物质气化技术研究现状与发展前景  17-22
    1.5.1 生物质气化的原理与工艺  17-19
    1.5.2 气化反应器  19-21
    1.5.3 生物质气化需解决的问题  21
    1.5.4 生物质气化技术发展前景  21-22
  1.6 本文的研究意义及研究内容  22-24
    1.6.1 研究意义  22
    1.6.2 研究内容  22-24
2 生物质气流床气化技术研究综述  24-33
  2.1 引言  24
  2.2 气流床气化原理  24-26
  2.3 常见气流床气化工艺及对比  26-29
  2.4 生物质气流床气化技术的研究进展  29-32
    2.4.1 国外生物质气流床气化研究现状  29-30
    2.4.2 国内生物质气流床气化研究现状  30-32
  2.5 本章小结  32-33
3 小型生物质气流床气化实验系统的设计  33-44
  3.1 引言  33
  3.2 总体设计思路  33
  3.3 小型生物质气流床实验系统的设计  33-39
    3.3.1 设计基本参数  33-34
    3.3.2 实验台布局  34
    3.3.3 气化炉本体主要技术参数  34-35
    3.3.4 气化剂预热器主要技术参数  35-37
    3.3.5 给料装置主要技术参数  37-39
    3.3.6 合成气净化系统与气体分析系统  39
  3.4 系统运行流程  39-40
  3.5 基于LABVIEW的生物质气流床气化装置的现场控制  40-43
    3.5.1 控制系统的硬件组成  40-41
    3.5.2 控制系统的Labview软件设计  41-43
  3.6 本章小结  43-44
4 生物质气流床气化特性试验研究  44-65
  4.1 引言  44
  4.2 生物质气流床气化试验步骤与数据处理  44-46
    4.2.1 气化原料的制备  44-45
    4.2.2 灰与合成气的搜集  45
    4.2.3 数据处理方法  45-46
  4.3 不同因素对生物质气流床纯氧气化的影响  46-55
    4.3.1 氧气/生物质比对气化的影响  46-50
    4.3.2 反应温度对不同生物质气化的影响  50-53
    4.3.3 原料颗粒粒径对气化的影响  53-55
  4.4 不同气化剂对生物质气化特性的影响  55-57
    4.4.1 实验内容与目的  55
    4.4.2 添加水蒸气对合成气成分、热值及碳转化率的影响  55-56
    4.4.3 添加CO_2对合成气成分、热值及碳转化率的影响  56-57
  4.5 原料气化前处理对气化的影响  57-63
    4.5.1 实验内容与目的  58-59
    4.5.2 实验结果与讨论  59-63
  4.6 本章小结  63-65
5 生物质气流床气化过程中碱金属析出行为的实验研究  65-78
  5.1 引言  65-66
  5.2 碱金属检测方法  66
    5.2.1 ICP检测法  66
    5.2.2 火焰光度计法  66
    5.2.3 XRD检测法  66
  5.3 试验工况介绍  66-67
  5.4 碱金属在气流床气化过程中气相中的分布  67-69
    5.4.1 样品采集与测定方法  67-68
    5.4.2 实验结果  68-69
  5.5 碱金属在气流床气化过程中固相中的分布  69-73
    5.5.1 样品采集与测定方法  69-70
    5.5.2 实验结果  70-73
  5.6 添加剂对灰熔点的影响  73-76
    5.6.1 灰熔融的表征方法  73-74
    5.6.2 结果分析  74-76
  5.7 本章小结  76-78
6 全文总结  78-82
  6.1 本文研究工作总结  78-80
  6.2 下一步工作展望  80-82
作者简介及发表论文情况  82-83
参考文献  83-85

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