流化床热裂解影响因素的研究

为了研究温度、喂料速率及压差等对热解产物的影响,以玉米秸秆粉为原料,氩气为流化气体,石英砂为流化介质,在自行设计的流化床上进行了热裂解试验.试验探索了生物油收集率、炭收集率以及气体产率与温度、压差和喂料速率的关系.研究表明,自行设计的流化床在工况为温度480℃、喂料速率在10g/min、压差为30mm水柱时生物油收集率最高为31.8%.     

移动式生物质快速热裂解装置设计与性能研究

设计了一套移动式套管流化床生物质快速热裂解反应装置。阐述了套管流化床反应器、流化床气力输送进料装置、喷射喷淋组合式冷凝器等主要组成部件的结构,并对各部件的性能进行试验测试。试验结果表明,流化床气力输送进料装置受喷动气速的影响较大,在流化气速为0. 02 m/s时,随着喷动气速的增加,进料率快速增加,当喷动气速超过8 m/s时,这一趋势趋缓并且进料率波动范围变大;利用燃烧液化石油气和不可冷凝气方式加热套管流化床,流化床反应器内部温度场稳定,满足生物质热裂解的需要;喷射喷淋组合式冷凝器适用于热裂解气体产物的冷却,为提高热解油净产量,在给定的温度下,需要较大的喷淋流量和喷射流量。在反应温度为500℃时,落叶松木屑的热解油产率最高可达68. 6%。     

热管式生物质气化炉中水蒸气汽化试验研究

以木屑为原料在热管式生物质气化炉中进行了水蒸气汽化试验研究,分析了热管对床层温度分布的影响,研究了温度对产气成分、热值及产物分布的影响.试验结果表明,热管式生物质气化炉的床层温度分布基本均匀;随着床层温度从650℃升高到900℃,H2的体积分数逐渐增加,平均含量在60%以上,CH4含量减少,CO含量基本不变,CO2含量略有减少;汽化产物中气体产率逐渐增加,固体和液体产率减少.     

升温速率和水分含量对木屑热解过程和特性的影响

以木屑为研究对象进行热重分析试验，利用TG／DTG曲线分析了木屑热解的基本特性，包括热解区间、最大热解速率对应的温度、不同加热速率和水分含量对热解过程的影响。试验结果表明：木屑的失重过程主要由干燥、预热、挥发分析出和炭化4个阶段组成；随着升温速率的增大，TG和DTG曲线移向高温区，半焦产率降低；水分含量的增大在一定程度上促进了木屑热解反应的进行，使半焦产率升高。     

甘蔗渣两级快速热解特性研究

利用Py-GC/MS(快速热解-气相色谱/质谱联用)装置进行了甘蔗渣的两级快速热解实验,考察了甘蔗渣一级快速热解的产物分布特性以及一级热解温度对后续二级热解产物分布的影响。实验结果表明,甘蔗渣低温一级热解产物富含4-乙烯基苯酚(4-VP),在250℃热解时4-VP的选择性最高(相对峰面积百分比高达48.11%),而在300℃热解时4-VP的产率最大。一级热解温度对后续二级热解产物分布有着较大的影响,随着一级热解温度的升高,二级热解产物中左旋葡聚糖(LG)含量显著增加,而多数其他产物的含量则显著降低;根据产物组成可以判断,300℃下的一级热解固体产物进行二级热解所获得的生物油,与甘蔗渣直接在500℃快速热解获得的生物油相比,具有更高的燃料品位。由此可确定甘蔗渣两级快速热解的应用方式应为:首先在300℃下进行一级快速热解制备4-VP,随后对固体残渣在500℃进行二级热解获得高品位生物油。     

变速升温对玉米秸秆热解产物特性的影响

通过玉米秸秆的变速升温及传统匀速升温热解试验,对不同热解形式下生成的生物炭、生物油及热解气进行检测分析,探究升温速率对其热解产物特性的影响。试验表明,玉米秸秆减速升温生物炭得率和热解气得率分别为29.82%和27.49%,而加速升温的产物中生物油所占比例较大。通过热重试验及气相检测,发现不同的升温设置改变了生物质热解进程。此外对非冷凝气体进行气相检测分析发现,CO、CO2先于CH4溢出,而H2的溢出浓度随着热解温度的升高而增大。对生物油主要成分的检测分析发现,减速升温所制生物油的主要成分为小分子物质,大分子有机物含量很少,而加速升温可以得到更加丰富的多环芳烃。通过对产物的对比分析发现,在相同的热解时间下,减速升温速率设置不仅可以保证热解产物中较高的生物炭得率,且热解气得率比匀速升温试验增加4.49%,生物油相得率减少4.51%,且稠环芳烃含量较少。优化升温速率设置可提高生产效率,从而为生物质热解工程中的炭气油联产提供新的思路。     

等离子体加热流化床反应器的设计与实验

设计了一种以等离子体为主加热热源，同时配合热电阻丝保温的新型流化床反应器。为了保证喂料均匀，采用了一种滚筒气力两级生物质粉末喂料器。通过冷态流化实验，得到了最小流化速度和操作流化速度。对玉米秸秆粉末的热解实验表明，喂料速率与温度对生物油产率有一定影响，随喂料速率增大而增大；随温度升高先增大后减小，在477℃左右液体产率最高。     

生物质水热转化工艺优化与液体产物特性研究

为了研究生物质在水热降解过程中产物的分布及其液体产物特性,首先通过正交试验对生物质水热转化的工艺进行优化,根据不同的目标产物探索最优工艺条件,并对生物质样品的种类、反应温度、停留时间、原料质量和粒径等反应因素的变化规律进行研究,所得重质油产率最佳工艺条件是:采用松木屑为原料,温度250℃,停留时间15 min,原料质量10 g,水质量110 g,生物质粒径80~150目,此时松木屑的干基重质油产率(质量分数)为28.00%。最后结合正交试验结果,选取棉秆为原料,研究单因素反应条件(温度、时间、粒径以及催化剂)下产物产率分布和液体产物特性。结果表明,在无催化剂加入的试验中,温度300℃,停留时间10 min,粒径80~150目下棉秆重质油产率(质量分数)最大为24.14%;当K2CO3作为催化剂,停留时间为20 min时,重质油产率由未添加催化剂时的18.00%提高至29.86%,催化剂的加入在提高油产率的同时,对油的组份也产生了影响,酸类和酮类物质减少,油的p H值提高。     

生物质整合式流化床热解制油系统试验研究

提出了一种将生物质通过热化学方法转化为液体燃料的整合式流化床热解系统,该系统能实现液体燃料的分级制取和能源的综合利用。给料系统的独特设计确保了颗粒状生物质物料能以最大速率20kg／h顺利供给流化床反应器。试验分析了反应温度对生物质热解产物分布的影响,500℃的中温有利于生物油产量的最大化。通过气相色谱和傅里叶红外光谱联用分析仪确定了生物油的主要组分为含有酮、醛取代基的苯酚类和少量的酸、酯类化合物。     

金属盐添加剂对生物质微波热解特性的影响

采用微波热解反应器系统与气相色谱和质谱分析仪以及等温吸附仪等研究了NaCl、K2CO3、MgCl2的添加对农业废弃物棉秆微波热解特性的影响.结果表明,3种金属盐添加剂均使液体产物产率下降,固体产物产率增加,且添加剂的加入对简化生物油组分以及提高生物油品质效果显著,产物中酚类物质含量明显降低,乙酸的相对含量由11.87％提升至37.57％,固体焦炭的表面孔隙结构也得到了明显改善.     

生物质快速热解反应条件对生物油成分的影响

在利用流化床快速热解生物质制取生物油的工艺基础上,对影响生物油成分的主要因素进行了分析：在生物质快速热解过程中,当热解温度、物料种类、催化剂、载气等参数发生变化时,生物油成分也会发生变化;生物质原料对于生物油的化学成分影响较大,而热解条件则对生物油化学成分的相对含量具有显著影响;可有针对性地选择反应条件及原料种类进行热解,以获得所需要品质的生物油.     

生物质鼓泡流化床和循环流化床气化对比试验

在内径为φ0.2 m、高6 m的流化床装置上,利用两种不同粒径的石英砂,分别进行了高速鼓泡流化床(BFB)和循环流化床(CFB)的冷态压力分布试验和热态气化试验.结果表明:冷态试验中,鼓泡流化床压力分布主要集中在底部的密相区,循环流化床压力分布更趋均匀.热态稳定气化阶段,循环流化床轴向温差只有40℃,气化的燃气热值、碳...     

双流化床物料循环系统的试验研究

设计了一种利用生物质气化生产民用煤气的双流化床物料循环系统，在小型试验台上就运行参数和结构尺寸对物料循环的影响进行了试验，提出了合理的运行参数。在试验基础上，建立了颗粒通过水平孔口的物料循环模型，可很好预测颗粒通过孔口的流动。     

生物质与石英砂组成双组分混合物的流化特性分析

通过流化床转化生物质是获取生物质能的重要方法之一。为此,选用秸秆和稻壳两种生物质原料,分别与石英砂组成双组分混合体系,然后在冷态条件下,在小型流化床上采用降速法进行流化特性的实验研究。结果表明:在双组分混合物中,改变生物质的种类对流化效果几乎没有影响。当粒径相同时,影响流化效果的关键取决于石英砂在混合物中所占的比例;当石英砂所占比例低于混合物的60%时,混合体系基本不能实现流化,而当石英砂单独流化时,流化效果呈理想状态;当石英砂所占比例为80%以上时,双组分混合物均可实现正常流化,且流化效果无明显差别。最终的分析结论认为,生物质与石英砂组成双组分混合物流化时,石英砂在混合物中的比例不少于80%时就可以正常流化,这一结论也为生物质流化床转化过程中进料速率的选择提供了依据。     

下降管式生物质快速热解实验装置设计与实验

为了确定在固体热载体加热方式下反应温度和停留时间对生物质热解挥发特性的影响,设计了陶瓷球热载体加热下降管式生物质热解实验装置,并进行了生物质热解挥发特性实验。该实验装置能够对反应温度进行精确控制,实现生物质粉和陶瓷球热载体按比例连续均匀喂料及热解残炭样品的采集。实验物料为玉米秸秆粉,反应温度分别为450、500、550℃。停留时间通过反应物在反应管内下降距离间接测量,下降距离分别为150、550、850、1 150 mm。利用灰分示踪法计算得到了不同条件下生物质的热解挥发率。实验结果表明:玉米秸秆粉的热解挥发率随着热解温度的升高、下降距离的加长而非线性增大。     

喷淋冷凝温度对生物油理化性质的影响研究

在1 kg/h的流化床热解反应器上进行松木和玉米芯的热解试验,采用喷淋冷凝的方式获得不同性质的生物油,重点考察冷凝温度对生物油理化性质的影响。试验结果表明当冷凝温度从25℃提高到75℃,松木和玉米芯热解产生的生物油收集率分别降低了23.1%和20.8%,含水率分别降低了11%和18%,而粘度分别提高了181 cSt和10 cSt,热值分别提高了6.23 MJ/kg和5.04 MJ/kg;气相色谱质谱联用分析(气质联用)表明随着冷凝温度的提高,松木热解产生的生物油中脱水糖含量大幅提高,大部分轻质组分含量降低,而玉米芯热解产生的生物油中脱水糖和酚类物质含量都有所提高,有机酸和醛酮类化合物含量降低;核磁共振碳谱分析发现提高冷凝温度后生物油中的烷基碳含量降低,而芳香碳含量提高,芳香度增大。     

生物质流化床气化反应过程数值模拟

建立了二维生物质流化床气化炉模型,模型包括气相质量、动量和能量守恒,热解过程动力学采用一步反应模型,气固均相与非均相反应采用物质输送模型,重点考察了颗粒在炉内的运动和热解气化过程,分析了温度和当量比对燃气组分的影响,并对模拟结果与实验结果进行对比验证.结果表明:颗粒在炉内的运行时间约为2.15s,0.8s左右时颗粒进入稳定的流化环境;CO2和CH4摩尔分数沿y轴方向逐渐将低,而CO和H2摩尔分数沿y轴方向不断增加.在不同温度和当量比条件下,模拟所获得的H2、CO、CH4和CO2摩尔分数与实验结果具有良好的一致性.     

生物物料颗粒空隙率对其干燥质量的影响

为研究干燥过程中生物物料颗粒结构对质量的影响,在不同的进口风温条件下,利用振动流化床干燥机对由清蛋白,面粉及麦麸构成的具有不同初始体积空隙率的混合物颗粒进行了干燥试验。建立了其干燥动力学及质量降解动力学的用于预测热力干燥过程中颗粒结构对产品质量的影响。