双滚筒式生物质热解液化反应器设计及实验研究

论文摘要

本文首先介绍了课题研究的背景及生物质能的开发利用现状,指出了生物质能源的重要性。又对生物质热裂解技术做了概括,总结了国内外热裂解反应器的发展状况。本实验采用的是新型双滚筒式生物质热解液化装置,为了获得该装置的热解试验参数、装置的产油率、生物油的成分以及对生物残炭的分析,而进行了一系列的试验研究。其热解工艺及特点以及主要组成部分的设计计算在本文做了简要介绍,该装置各主要组成部分有热载体加热装置、生物质喂料装置、双滚筒反应器、热载体与残炭分离装置、热解气除尘装置、冷凝装置、陶瓷颗粒热载体循环输送装置和电器控制部分。在研究该新型双滚筒式生物质热解液化装置的热解液化机理中,选用的生物质是具有代表性的玉米秸秆粉,采用的热载体是陶瓷球颗粒。生物质粉与热陶瓷球在反应器内充分接触混合后快速升温热解,净化后的热解气被快速冷凝为生物油。在实验开始之前,做了一些必要的预实验,包括刮刀生物质粉定量喂料器喂料特性的研究、标定反应器及喂料电动机转速、玉米秸秆粉灰分含量的测定、热风炉及陶瓷球升温曲线的绘制等。实验采用的是粉碎后未筛分的玉米秸秆粉,热载体陶瓷球温度分别为450℃、500℃和550℃；热解反应时间分别为6.84、6.0和5.32秒；热载体与生物质粉质量比为20：1。实验结果表明生物质热解的主要影响因素是反应温度和反应时间。当热载体与生物质粉质量比为20：1时,最佳热解陶瓷球温度和反应时间分别为550℃和6.0秒,生物油得率为52.36%。最后还对热解生物油、生物残炭及气体产物的成分进行了分析。在实验中,发现许多问题并及时做了改进,进一步的完善了该新型装置,为以后新型热解反应器的开发研制提供了依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景
• 1.1.1 能源问题和新能源开发利用
• 1.1.2 生物质能的开发利用
• 1.2 课题来源、研究内容及意义
• 1.2.1 课题来源
• 1.2.2 课题研究内容
• 1.2.3 课题意义
• 1.3 本章小结
• 第二章 生物质热裂解技术综述
• 2.1 生物质热裂解技术
• 2.2 国内外生物质热裂解反应器的研究现状
• 2.2.1 国外生物质热裂解反应器的研究现状
• 2.2.2 国内生物质热裂解反应器的研究现状
• 2.3 生物质热解产物的影响因素
• 2.4 本章小结
• 第三章 热解液化工艺的确定和主要试验装置的设计
• 3.1 热解液化装置的工作原理
• 3.2 热解液化工艺和设备的确定
• 3.2.1 热解工艺的确定
• 3.3 双滚筒式生物质热解液化装置的主要部件和特点
• 3.3.1 工艺流程
• 3.3.2 装置主要部件
• 3.3.3 装置的特点
• 3.4 热解液化装置的相关设计
• 3.4.1 热载体换热器
• 3.4.2 喂料装置
• 3.4.3 双滚筒内螺旋式固体热载体生物质热解反应器
• 3.4.4 旋风分离器
• 3.4.5 冷凝装置
• 3.4.6 陶瓷颗粒循环输送装置
• 3.4.7 电器控制部分
• 3.5 温度采集系统
• 3.6 本章小结
• 第四章 双滚筒式生物质热解液化装置的运行实验
• 4.1 实验目的和实验条件
• 4.1.1 实验目的
• 4.1.2 实验条件
• 4.2 实验研究方法
• 4.3 与双滚筒式生物质热解液化实验有关的预实验
• 4.3.1 系统设备的调整
• 4.3.2 生物质喂料速率与电机转速关系实验
• 4.3.3 生物质原料灰分含量的测定
• 4.4 双滚筒式生物质热解液化装置的热解实验
• 4.4.1 生物质粉的获取
• 4.4.2 以玉米秸秆粉为原料的实验
• 4.4.3 部分实验结果及计算
• 4.5 本章小结
• 第五章 实验结果与分析
• 5.1 热载体陶瓷球的升温曲线
• 5.2 不同设定陶瓷球温度下反应器内的温度
• 5.3 陶瓷球温度以及反应后和加热前温度
• 5.4 热解气及冷却前温度
• 5.5 冷却后生物油及冷却剂温度
• 5.6 热风炉尾气温度
• 5.7 玉米秸秆粉热解结果
• 5.8 生物油成分分析
• 5.8.1 样品及预处理
• 5.8.2 分析仪器及条件
• 5.8.3 结果及讨论
• 5.8.4 生物油中有机物的用途
• 5.9 生物残炭的分析
• 5.9.1 实验原料
• 5.9.2 分析仪器
• 5.9.3 结果及讨论
• 5.10 未冷凝气体成分分析
• 5.10.1 实验原料
• 5.10.2 实验仪器
• 5.10.3 实验结果
• 5.11 实验中出现的问题总结
• 第六章 全文总结及下一步工作建议
• 6.1 全文总结
• 6.2 下一步工作建议
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文