生物质在下降管内的热裂解动力学研究

为研究陶瓷球热载体加热工艺下生物质在下降管内的快速热解的挥发特性,在热解温度分别为723,773,823K,下降距离分别为150,550,850,1 150mm工况下,对40～46目的玉米秸秆粉末进行了热解实验,利用一级动力学反应模型研究了生物质的热解动力学过程。实验数据与模型计算表明,生物质热解挥发程度随温度的升高和下降距离的增大而增大,实验数据和理论模型吻合性较好。     

固体热载体加热生物质的闪速热解特性

为研究固体热载体加热条件下生物质的热解挥发特性,在一竖直下降管模拟实验台上,利用粒子图像测速技术对陶瓷颗粒与生物质粉的混合流动规律进行了实验研究,分析了生物质颗粒在下降管内停留时间的计算方法。利用固体热载体加热下降管生物质热解实验装置,在400、450、500℃热解温度对玉米秸秆进行了热解实验,并在下降距离分别为100、400、700、1 200 mm位置处对热解炭粉进行了采样,利用灰分示踪法计算了其热解挥发程度。重复性实验表明各工况下的实验数据具有很好的重复性。通过实验数据与一级动力学模型的对比,发现二者之间差距较大,而在耦合生物质颗粒的运动规律后,实验数据与动力学模型吻合较好。     

下降管式生物质快速热解反应器温度场控制与检测

下降管式生物质快速热解器内部温度场的准确控制与测量,是影响生物质快速热解挥发的一个关键因素。为了研究物质快速热解热挥发特性,设计制作了下降管式生物质快速热解反应器及其温度场的控制与检测系统,并且利用该反应器进行了玉米秸秆粉末快速热解挥发特性实验。实验结果表明,该实验装置能够对反应温度进行准确控制和测量;玉米秸秆粉的热解挥发率随热解温度的升高、停留时间的增加呈非线性增大。     

竖直下降管换热实验台改进设计与实

下降管式热解液化装置能够实现生物质热解液化.为了研究下降管中生物质半焦和陶瓷球两种散体混合下落的换热规律,在前期研究的基础上,对实验设备进行了改进设计,并将原实验物料--生物质粉更换为生物质半焦,使实验结果对实际装置的设计与改进更具指导意义.根据不同温度陶瓷球(50、60、70℃)与室温空气的换热实验,通过热平衡分析,得到了陶瓷球热载体与空气的对流传热系数h=600 W/(m2*K);陶瓷球与生物质半焦颗粒换热实验表明,不考虑边界效应时竖直管内温度呈线性分布;对流换热为竖直下降管系统热量传递的主要方式.     

玉米秸秆粉闪速热解挥发特性模型

引入Arrhenius一级反应动力学模型方程,描述玉米秸秆粉闪速热解挥发特性。影响该模型动力学参数准确性的因素有挥发百分比、最终挥发百分比和颗粒停留时间。利用自行设计的层流炉装置进行热解挥发特性实验,获得了玉米秸秆粉的挥发和最终挥发百分比。利用PIV冷态实验结果,优化了热解挥发特性实验中颗粒停留时间计算方法,获得了更准确的颗粒停留时间。通过分析实验数据,得到了相应的热化学动力学参数:表观频率因子A和表观活化能E。结果表明,实验数据与模型预测数据有很好的一致性,说明所建立的模型实用性强。     

固体热载体与生物质颗粒之间的传热研究

为研究生物质颗粒与陶瓷球固体热载体之间的传热规律,利用自制散体颗粒换热实验台对陶瓷球热载体与气体之间的对流传热特性以及生物质与陶瓷球颗粒之间的传热特性进行了实验研究。采用解析法和RMC关联式法分析出单陶瓷球颗粒与空气的对流换热系数分别为291.3W/(m2?℃)和200.3W/(m2?℃),确定的陶瓷球热载体与生物质颗粒群传热的准则方程分别为Nuc=176+0.079Rec和Nub=22.97+0.2251Reb,为固体热载体加热生物质热解规律的研究提供了理论基础。     

两种农业废弃物闪速热解挥发特性实验

利用层流炉研究生物质粉在闪速加热条件下的热解挥发特性,选用小麦秸秆粉和花生壳粉为实验材料,确定反应温度(750～900K)和反应时间(0.115~0.240s)为实验参数,首先验证了反应区温度基本均匀一致的实验前提,然后进行热解实验,得到小麦和花生壳在不同条件下的挥发百分比,建立一级反应模型。据此求解出频率因子A和活化能E,最终得到小麦秸秆粉和花生壳粉的挥发特性方程,并验证了实验值与预测值的符合程度非常高,证明了实验和数据分析的正确性,为生物质热解液化研究提供了基础数据。     

新型下降管生物质热裂解液化装置的试验研究

采用新型下降管热裂解液化反应器,利用玉米秸秆粉进行(快速)热裂解试验,对物料及热载体的理化性质进行了分析。考察反应装置的整体运行情况,在固体热载体与生物质颗粒的质量比为20:1的情况下,固体热载体预热温度达到575℃时,截取了连续150min内V型下降管内的温度变化,对喷淋装置内生物油的温度进行了实时采集。实验结果得到了475、525、575℃不同温度下的生物油收集率,并对热裂解产物包括生物油的理化特性、炭粉粒径分布和不可冷凝气体的成分进行分析。     

热载体与生物质半焦散体颗粒的分离特性研究

在以固体热载体加热实现生物质快速升温热解液化工艺中,热载体与热解半焦颗粒的分离极为重要。为了研究陶瓷球热载体与生物质半焦颗粒的分离过程,设计制作了V型下降管冷态实验装置,并利用粒子图像测速仪对不同质量比(30:1,40:1,50:1,60:1)、圆形出口和方形出口条件下的颗粒分离规律进行了实验研究。研究表明,该装置能够保证热载体和生物质半焦颗粒喂料流畅、稳定且均匀,能够满足实验所需要的两种颗粒的不同混合质量比的要求;陶瓷球对生物质半焦颗粒的携带作用明显,受生物质半焦颗粒影响水平流动速度、轨迹的高度和射程减少50%左右;管口下底面与筛网的竖直高度应大于20mm,水平距离应大于32mm,筛网的水平投影长度应大于120mm,分离效果较好。     

垂直下降管散体颗粒换热实验台设计与应用

为研究陶瓷球固体热载体与生物质粉颗粒及空气的换热机理,设计了一种分离式垂直下降管颗粒换热实验装置,该装置可以进行陶瓷球和生物质粉2种流动特性完全不同的散体颗粒的换热实验研究.喂料实验表明:陶瓷球和生物质颗粒下料均匀可调、分离完全.根据90℃陶瓷球与室温空气换热实验数据,分析计算出陶瓷球与空气的对流换热系数为291.3W/(m2·K);以陶瓷球质量流量为1.0、1.2、1.4kg/min,陶瓷球与生物质粉质量比为15、20、25进行的颗粒换热实验结果表明,随陶瓷球流量、陶瓷球与生物质粉质量比的增大生物质粉升温增大.     

层流炉气流温度场的显示与控制

为了研究生物质在闪速加热条件下的热解特性,设计了以等离子体加热、硅碳棒外部保温的新型层流炉装置;并利用该装置进行了稻壳粉末闪速热解实验,对层流炉反应管内气流温度场进行了实时检测.实验结果表明,该设备能够使层流炉反应管温度保持恒定,满足生物质挥发特性实验要求;稻壳挥发百分比数据与建立的理论模型计算结果相吻合,表明该模型可以描述生物质闪速热解特性.     

松木屑快速热解试验研究

用自行研制的小型流化床试验装置对松木屑进行了快速热解试验,考察了温度、流化气体流量和进料速率对热解产物产率分布的影响.结果表明,反应温度对松木屑的热解产物分布有很大影响,流化气体流量和进料速率对产物产率也有一定影响.在试验的参数范围内,随温度、流化气体流量和进料速率的增加,生物油产率先增加后降低.在温度为475℃、流化气体流量为3.50m3/h、进料速率为1.78kg/h时,生物油产率最高达58 83wt%.     

下降管式生物质热解液化技术中的除尘设备

介绍了下降管式生物质热解液化装置的原理和工艺过程,比较了各种除尘装置的特点,指出在生物质热解液化工艺中用旋风除尘器除尘是较好的选择.在利用下降管式生物质热解液化装置进行热解实验的基础上,对旋风除尘器的效率做了实验分析.     

煤与生物质恒温热解比较研究

在实验室自制固定床热解反应器中,选择了两种煤(神华煤和灵武煤)和3种生物质(花生壳、核桃壳和木屑)作为实验材料,定量化分析比较了恒温热解和同温热解停留时间对煤与生物质热解产氢及热解油、热解焦产率的影响.研究认为:实验用煤与生物质催化热解表现出基本相同的热解趋势,即提高热解温度和延长热解时间(对生物质添加合适催化剂)都有利于产氢;对煤而言,提高热解温度和延长热解时间还利于热解油生成,但对生物质而言,效果不很明显.     

短HRT下厌氧降流式悬浮填料床预处理生活污水的研究

在环境温度下用厌氧降流式悬浮填料反应器对生活污水进行了不同HRT的试验研究.当HRT为6 h,4 h,3 h时,厌氧降流式悬浮填料反应器去除污水COD都是有效的, COD的去除率分别为57.6%,52.8%和49.7%.为了考察HRT为3 h时反应器的性能,试验连续进行了6个月.试验结果表明,试验期间平均COD去除率为47.7%,在冬季低温期间COD去除率保持在38.3%; SS的平均去除率为64%.同时探讨了短HTR下COD降解的机理.因此降流式悬浮填料厌氧反应器在短时HRT下作为一种预处理手段是有效的,对于小型村镇污水处理来说是一种比较理想的前处理装置.     

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.