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生物质焦水蒸汽气化反应特性研究

作　者: 刘朋彬
导　师: 董芃
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 热能工程
关键词: 稻壳和锯末 生物质焦 产率 水蒸汽 转化率 反应模型
分类号: TK6
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


气化是生物质能利用的主要途径之一，能够提高生物质能的利用效率。生物质焦是生物质热解过程中挥发份析出后剩余的固体产物，其中挥发份含量和氧含量都大大降低，富集了大量的固定碳成分，且具有丰富的孔结构，是一种优质的气化原料。本文选取稻壳和锯末作为研究对象，研究生物质焦水蒸汽化反应特性。利用马弗炉制取稻壳和锯末焦样，分析温度、粒径和停留时间对生物质焦产率的影响。结果表明，温度是影响生物质焦产率的主要因素，在600℃-900℃范围内，随着温度的升高，稻壳和锯末焦的产率明显下降，而且在同种温度工况下，保温时间越长，生物质焦产率越小。在低温下，粒径越小的生物质颗粒其焦产率越高，当温度高于800℃时，粒径对生物质焦产率的影响很小。分别采用扫描电子显微镜和比表面分析仪研究不同制焦条件对稻壳和锯末焦的表面形态及孔隙结构的影响。设计搭建生物质焦水蒸汽气化反应实验台，通过实验研究不同工况下生物质焦的水蒸汽气化反应特性。结果显示，温度是影响生物质焦水蒸汽气化反应的最主要因素，在700-950℃范围内，随着温度升高，稻壳和锯末焦的转化率升高，当温度达到950℃，反应时间为12min时，稻壳和锯末焦的转化率分别为90.73%和89.9%，而且当温度高于850℃时，稻壳和锯末焦的反应速率才明显上升。同时较小的粒径和较低的制焦温度都有利于提高生物质焦的气化反应活性。稻壳和锯末焦的水蒸汽气化产气的主要成分为CO、CO2、H2、CH4，其中温度和水蒸汽流量是影响产气成分的主要因素，较高的气化温度和水蒸汽流量有利氢气的生成，当气化温度为950℃，水蒸汽流量为2.64g/min时，产气中H2的含量分别占到46.9%和55.3%。选取缩核反应模型和均相反应模型，利用实验数据与反应模型的拟合发现，当转化率在15-75%时，缩核反应模型比均相反应模型能更好地描述生物质焦的水蒸汽气化反应行为。求出了两种模型的稻壳和锯末焦的反应动力学参数。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-18
  1.1 课题背景  9-10
  1.2 生物质能的利用  10-13
  1.3 国内外生物质焦气化研究现状  13-17
    1.3.1 国内研究现状  13-15
    1.3.2 国外研究现状  15-17
  1.4 主要研究内容  17-18
第2章 生物质原料的选取及实验方案  18-27
  2.1 引言  18
  2.2 生物质原料的选取  18-19
  2.3 生物质原料的工业分析和元素分析  19-21
    2.3.1 工业分析  19-20
    2.3.2 元素分析  20-21
  2.4 实验系统的设计和实验方案  21-25
    2.4.1 制焦实验台  21-22
    2.4.2 生物质焦水蒸汽气化实验台  22-25
  2.5 本章小结  25-27
第3章 生物质焦的制取及其特性研究  27-40
  3.1 引言  27
  3.2 生物质焦的制取  27-28
  3.3 生物质焦产率的影响因素分析  28-31
    3.3.1 温度对生物质焦产率的影响  29-30
    3.3.2 粒径对锯末焦产率的影响  30
    3.3.3 停留时间对生物质焦产率的影响  30-31
  3.4 生物质焦表面形态的 SEM 测定  31-34
    3.4.1 两种生物质原料表面形态的比较  31-32
    3.4.2 两种生物质原料和焦样表面形态的比较  32-33
    3.4.3 不同制焦条件下生物质焦表面形态的比较  33-34
  3.5 制取温度对生物质焦比表面积和孔隙结构的影响  34-39
    3.5.1 制焦温度对生物质焦比表面的影响  36-37
    3.5.2 制焦温度对生物质焦孔隙分布的影响  37-39
  3.6 本章小结  39-40
第4章 生物质焦水蒸汽气化特性研究  40-59
  4.1 引言  40
  4.2 生物质焦水蒸汽气化反应分析  40-41
  4.3 稻壳焦的水蒸汽气化反应特性  41-47
    4.3.1 反应温度对稻壳焦气化特性的影响  41-43
    4.3.2 水蒸汽流量对稻壳焦气化特性的影响  43-44
    4.3.3 反应时间对稻壳焦气化特性的影响  44-45
    4.3.4 粒径对稻壳焦气化特性的影响  45-46
    4.3.5 制焦温度对稻壳焦气化特性的影响  46-47
  4.4 锯末焦的水蒸汽气化反应特性  47-53
    4.4.1 反应温度对锯末焦气化特性的影响  48-49
    4.4.2 水蒸汽流量对锯末焦气化特性的影响  49-50
    4.4.3 反应时间对锯末焦气化特性的影响  50-51
    4.4.4 粒径对锯末焦气化特性的影响  51-52
    4.4.5 制焦温度对锯末焦气化特性的影响  52-53
  4.5 生物质焦水蒸汽气化的动力学分析  53-57
  4.6 本章小结  57-59
结论  59-60
参考文献  60-65
致谢  65

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中图分类: > 工业技术 > 能源与动力工程 > 生物能及其利用
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