生物油漿氣化特性試驗與模擬研究.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,導(dǎo)致運輸成本高和前處理過程復(fù)雜,嚴重阻礙生物質(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,生物油和燃氣。由于生物炭和生物油具有高能量密度的性質(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輸能力和能量密度,尤其是對于遠距離運輸。因此通過生物油漿技術(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。為檢測制得的生物油漿能否滿足燃料的燃燒/氣化需求,首先將對其相關(guān)理化特性進行測試,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)定性及流動特性等。測試結(jié)果表明,當(dāng)生物炭濃度<20wt％時,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驗室規(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)對反應(yīng)特性的影響。實驗結(jié)果表明,在熱重實驗中,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。在生物油漿氣化實驗中,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氣氛會抑制H2和CH4的生成。
　　為進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兩個方面同步進行,考慮建模的復(fù)雜程度,先僅對生物油進行研究。在利用Chemkin建立的生物油高溫水蒸氣氣化反應(yīng)機理的基礎(chǔ)上,建立基于三相交流等離子體反應(yīng)器的計算流體動力學(xué)和反應(yīng)動力學(xué)耦合的生物油漿氣化模型,以模擬進料速率,氮氣載氣流量和模型化合物比例對模擬結(jié)果的影響。在試驗方面,將進行在三相交流等離子體反應(yīng)系統(tǒng)上的純氮氣溫度測試

5、試驗,然后將其同非絕熱條件下的模擬結(jié)果進行比較,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)機理,從熱動力學(xué)角度驗證為可行的。在絕熱條件下的計算流體動力學(xué)和反應(yīng)動力學(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%,同時在該條件下不同C10H8/C7H8比對氣體成分和轉(zhuǎn)化率的影響很小。在非絕