玉米秸秆粉在流化床中热裂解规律的试验研究

论文摘要

生物质快速热裂解技术可将农林业废弃物转化为液体生物油,所得生物油基本不含硫、氮和金属成分,属于绿色燃料。由于生物油具有较高的含氧量,导致了其不稳定,限制了直接应用,需要进一步改性精制。在生物质热裂解过程中,生物质本身的金属元素和添加的金属盐对其热解行为、产物的分配存在显著影响,因此提出了利用不同反应器床料、在不同反应温度下考察对产物分布、所得生物油特性方面影响的试验研究。为研究热裂解规律,设计、制造了一套喂料量为5kg/h的流化床热裂解装置,其中反应器直径为100 mm,总高为1170 mm。制造完成后,对设备进行了安装和调试,并进行了改进。为考察试验结果的可靠性,在相同条件下进行了多次预试验,发现试验结果非常相近,说明装置设计合理,所得试验结果的可靠性较高。以玉米秸秆粉为原料,以石英砂、白云石和高铝矾土分别作为反应器床料,在450℃、475℃、500℃和525℃四个不同温度下进行试验。在试验考察范围内,结果表明:(1)分别以上述三种物质作床料时,生物油收集率都是先随温度的升高而增大,当温度升高到一定值后,便开始随温度的升高而下降。以白云石为床料时,生物油收集率较高,其次为石英砂,高铝矾土对应的收集率最低,三种床料的生物油最大收集率对应的温度均在500℃附近。残炭收集率随温度升高一直呈下降趋势,石英砂为床料时,残炭收集率最高,高铝矾土与之相近,煅烧白云石最低。(2)获得生物油分为轻质生物油和重质生物油,随着温度升高,重质油占所得生物油总重的比例变化和生物油收集率变化趋势几乎一致,并也在500℃左右达到最大,之后重质油比例下降要较生物油收集率的下降剧烈。因此,生物质热裂解产物的分布受温度和床料的影响都比较显著,床料的合理选择,对改善产物分布、提高生物油收集率有重要影响。从获得更多轻质生物油的角度,建议在525℃下,以白云石为床料来制取生物油。另外,为扩大生物质热裂解资源范围,对糠醛渣、木糖渣和海带进行了热裂解试验。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究背景
• 1.1.1 开发可再生能源的紧迫性
• 1.1.2 可再生能源在未来能源供应中的地位
• 1.1.3 生物质能利用现状及发展前景
• 1.1.4 生物质能主要转换技术
• 1.2 生物质快速热裂解技术及课题的提出
• 1.2.1 生物质热裂解的影响因素
• 1.2.2 热解液化形式的分类
• 1.2.3 课题的提出
• 1.3 快速热裂解技术国内外研究现状
• 1.4 本课题来源、研究内容及意义
• 1.4.1 课题来源
• 1.4.2 课题研究内容
• 1.4.3 课题的研究意义
• 第二章 流化床热裂解试验台的设计与调试
• 2.1 热裂解反应器概述及工艺过程设计
• 2.1.1 国内外热裂解反应器研发现状
• 2.1.2 流化床技术原理简介
• 2.1.3 生物质快速热裂解工艺过程设计
• 2.2 流化床反应器系统的设计过程
• 2.2.1 流化床反应器床体的设计计算
• 2.2.2 高温烟气发生炉
• 2.2.3 喂料器的设计
• 2.2.4 气固分离系统
• 2.2.5 生物油冷凝系统
• 2.3 流化床系统状态的监控
• 2.3.1 流化状态的监测
• 2.3.2 温度的监控
• 2.4 流化床安装调试及操作注意事项
• 2.4.1 流化床设备的安装与调试
• 2.4.2 流化床操作注意事项
• 2.5 本章小结
• 第三章 不同流化床床料的生物质快速热裂解试验
• 3.1 物料的准备及特性
• 3.1.1 物料的准备
• 3.1.2 物料特性的分析
• 3.2 床料的选择及试验结果的可靠性
• 3.2.1 不同床料的选择依据
• 3.2.2 热裂解试验操作步骤
• 3.2.3 试验结果的可靠性
• 3.3 试验方案设计
• 3.3.1 试验因素及水平
• 3.3.2 试验设计
• 3.4 试验结果与分析
• 3.4.1 产物分布试验结果
• 3.4.2 试验结果分析
• 3.5 生物油特性分析
• 3.5.1 生物油物理特性分析
• 3.5.2 生物油成分分析
• 3.6 本章小结
• 第四章 不同种类生物质的热裂解试验
• 4.1 糠醛渣、木糖渣和藻类的能源化利用
• 4.2 热裂解试验与结果分析
• 4.3 生物油特性简介
• 4.4 本章小结
• 第五章 全文总结与下一步工作建议
• 5.1 全文总结
• 5.2 下一步工作建议
• 致谢
• 参考文献
• 在读期间公开发表的论文及著作情况