生物质流化床气化制取富氢燃气研究

论文摘要

随着化石能源的枯竭和能源利用带来的环境污染问题的加剧,开发利用清洁可再生的生物质能受到人们广泛关注。生物质气化制取富氢燃气技术是非常有前景的生物质能利用技术。本文在对生物质气化制富氢燃气发展概况及各种工艺应用现状进行综述的基础上,提出了多孔床料生物质流化床气化制取富氢燃气工艺,认为运用多孔床料对生物质气化来制取富氢燃气是一条值得探索的途径。多孔床料生物质热解是多孔床料生物质气化过程中发生的主要反应,通过对其特性进行研究,为后续的气化工艺研究提供指导。首先利用热重差热分析仪研究升温速率、物料粒径、生物质种类以及多孔床料对生物质热解特性的影响。结果表明:生物质种类不同热解特性不同;小粒径、快升温速率及多孔床料存在的情况下有利于生物质热解的进行。其次,在管式气氛炉中研究床料对生物质热解产气量、焦油产量以及热解产富氢燃气的影响。实验结果表明:多孔床料与生物质混合热解有利于焦油的裂解,提高产气率;研究中发现生物质与多孔床料混合比为10:2时热解产氢气量最多。并在热解实验结果的基础上建立热解动力学模型及热解产氢模型。在自制的小型流化床上采用多孔介质为床料对稻壳、秸秆和压缩成型生物质3种物料进行了气化产富氢燃气研究。研究着重分析了多孔床料下各种影响因素(如温度、气化剂种类、气化剂流量、不同种类多孔床料以及不同比例床料)对生物质气化制取富氢燃气的影响。研究表明:温度、气化剂种类对生物质气化制取富氢燃气影响很大;气化剂流量对生物质气化制取富氢燃气存在最佳范围;床料种类及不同比例对气化也有较大的影响。与普通床料相比,多孔床料对生物质气化具有较强的促进作用,尤其是对生物质气化产氢和焦油的裂解。利用灰色理论对生物质气化产氢各影响因素进行关联度分析,确定各影响因素的主次关系,以此讨论各气化条件对生物质气化产氢的影响。并根据实验结果建立了气化产氢灰色理论模型。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 生物质能开发的重要性和迫切性
• 1.2 生物质能概述
• 1.2.1 生物质资源
• 1.2.2 生物质利用技术
• 1.3 氢能概述
• 1.3.1 氢能的特点及应用
• 1.3.2 当前制氢方法
• 1.4 生物质气化制氢可行性分析
• 1.4.1 生物质制氢的优势
• 1.4.2 生物质气化制氢可行性分析
• 1.5 本课题研究的主要内容、目的与意义
• 第2章 生物质热化学制富氢燃气研究进展
• 2.1 生物质气化制氢及其原理
• 2.2 生物质热化学制氢研究进展
• 2.2.1 生物质热裂解制氢技术
• 2.2.2 生物质催化气化制氢技术
• 2.2.3 生物质超临界水条件下气化制氢技术
• 2.2.4 生物质等离子体热解、气化制氢技术
• 2.2.5 生物质热解油重整制氢技术
• 第3章 多孔床料对生物质热解特性影响实验研究
• 3.1 概述
• 3.2 原料及准备
• 3.3 实验仪器和设备
• 3.3.1 热重分析仪
• 3.3.2 管式气氛炉实验设备
• 3.4 实验方法与条件
• 3.4.1 热重实验方法
• 3.4.2 管式炉实验方法
• 3.5 实验结果与讨论
• 3.5.1 生物质热解特性研究
• 3.5.2 多孔床料对生物质热解特性影响研究
• 3.6 多孔床料生物质热解动力学研究
• 3.6.1 反应动力学描述
• 3.6.2 反应动力学参数的确定
• 3.7 多孔床料生物质热解产氢模型研究
• 3.8 本章小结
• 第4章 多孔床料生物质流化床气化产富氢燃气研究
• 4.1 概述
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验原料和床料
• 4.2.2 实验装置与方法
• 4.2.3 气体取样与分析
• 4.3 实验结果与讨论
• 4.3.1 多孔床料生物质空气气化实验研究
• 4.3.2 多孔床料生物质空气-水蒸气气化实验研究
• 4.3.3 多孔床料生物质富氧空气气化实验研究
• 4.3.4 多孔床料生物质水蒸气气化实验研究
• 4.3.5 不同种类多孔床料对生物质气化实验研究
• 4.3.6 多孔床料不同比例生物质气化实验研究
• 4.4 本章小结
• 第5章 生物质气化制取富氢燃气灰色理论分析
• 5.1 概述
• 5.2 灰色关联度分析原理
• 5.3 实验结果的灰色关联度分析
• 5.4 生物质气化产氢特性灰色理论模型
• 5.4.1 生物质气化产氢特性的Verhulst模型
• 5.4.2 生物质气化产氢特性的GM（0,N）模型
• 5.5 生物质气化产氢的灰色预测
• 5.6 本章小结
• 结论和建议
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表（含录用）的学术论文