生物质热解装置设计及试验研究

论文摘要

资源与环境是人类赖以生存、繁衍和发展的基本条件。当前资源短缺、环境污染和生态恶化,已成为世界各国面临的重要战略性课题。因此,寻找开发可再生、可循环高效使用的新型能源和化工原料迫在眉睫。生物质能作为一种清洁的可再生能源已经受到各国政府和研究机构的广泛关注。就我国而言,加快生物质能开发,推动新能源化工的发展,不仅可以缓解能源危机、优化生态环境,而且有利于解决“三农”问题,促进经济社会的和谐发展。生物质热裂解技术是世界上生物质能研究开发的前沿技术,本文以生物质为原料对其进行了试验研究。本文首先针对生物质热解领域的相关问题进行了总结,然后针对试验装置的输料、加热、冷凝等部分进行了优化设计及相关的热力计算,为试验装置的加工提供了可靠的理论依据。对试验装置进行了相应的调试,并总结出了一些规律。在热解试验研究中,为了更好的了解反应器温度、滞留时间等因素对热裂解产物的影响,设定了四个温度值:650℃、750℃、850℃和900℃,在载气流量分别为0.21m3/h和0.11m3/h的条件下,对黄桷树和稻壳进行了详细的试验研究。采用气相色谱仪对气体产物进行分析,得出了其中H2、CH4、CO等含量的变化规律及影响因素,并从机理的角度对其进行解释。通过对比分析研究,确定了本试验装置的最佳工况条件:反应器温度为850℃,载气流量为0.11m3/h。最后采用综合热分析仪对热解固体产物与未经热解反应的原始样品进行对比试验,结果发现:固体产物的失重不是很明显,与原始样品有较大的差异,并分析了其中的原因。采用模式函数法对试样进行了相关的动力学分析,确定最有可能的机理函数,结果表明可以用三维Jander模型G （α）=[1-（1-α）1/3]2来描述整个反应过程,并根据模拟结果求出活化能E和指前因子A。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题提出的背景及研究意义
• 1.2 生物质能源利用技术
• 1.3 生物质热解技术
• 1.3.1 热解概述
• 1.3.2 影响生物质热解的主要因素
• 1.3.3 热解反应器
• 1.4 生物质能的研究现状
• 1.4.1 国外研究现状
• 1.4.2 国内研究现状
• 1.5 热分析技术
• 1.5.1 热分析法的起源
• 1.5.2 热重分析法
• 1.5.3 差热分析（DTA）
• 1.5.4 差示扫描量热法（DSC）
• 1.6 本课题的研究目的及主要工作
• 1.6.1 研究目的
• 1.6.2 主要工作
• 2 试验装置选型热力计算
• 2.1 预热管道热力计算
• 2.2 主反应器管道热力计算
• 2.3 冷凝段热力计算
• 2.4 试验结果与计算对比
• 2.4.1 电加热升温试验
• 2.4.2 试验、计算结果对比分析
• 3 热解试验研究
• 3.1 热解试验系统介绍
• 3.2 热解试验装置主要部分尺寸
• 3.3 热解试验装置简介
• 3.3.1 金属转子流量计
• 3.3.2 铠装热电偶
• 3.4 测量系统的标定
• 3.4.1 流量计的标定
• 3.4.2 热电偶的标定
• 3.5 试验数据采集系统
• 3.5.1 采集系统主要器件
• 3.5.2 数据采集系统接线图
• 3.5.3 数据采集人机界面图
• 3.6 试验原料
• 3.6.1 试验原料备制
• 3.6.2 生物质原料的工业分析
• 3.6.3 试验参数
• 3.7 试验主要任务及方法
• 3.8 试验数据处理
• 3.9 试验结果与分析
• 3.9.1 黄桷树试验结果分析
• 3.9.2 稻壳试验结果分析
• 4 热重分析试验研究
• 4.1 试验系统与试验内容
• 4.1.1 试验系统
• 4.1.2 试验内容
• 4.2 黄桷树试验分析
• 4.3 黄桷树动力学分析
• 4.4 稻壳试验分析
• 4.5 稻壳动力学分析
• 4.6 试验误差分析
• 5 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 后续工作建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录