生物油煤浆的制备及其气化特性研究

来源 :中国科学院研究生院(过程工程研究所) | 被引量 : 1次 | 上传用户:himayu
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生物质作为自然界唯一的含碳可再生能源,用以替代化石燃料,可以降低二氧化碳等温室气体的排放。鉴于生物质原料存在分散性广、能量密度低及不适宜长时间存储等缺点,生物质的利用宜采用“分散制油,集中制气”的手段,提高对原料的收集效率并降低运输成本。即先在较小范围内将生物质热解成为生物质热解油(生物油),再将分散制备的生物油运输至中心工厂。而生物质热解制备的生物油具有酸性高、含水含氧量高、热值低及不稳定等缺点,直接利用较为困难。因此,将生物油与煤制备成为生物油煤浆,并利用气化技术产生合成气,为生物油的利用提供了一种新途径。而且,与生物油相比,生物油煤浆热值更高,适用性更广;另外,由于利用了生物油中的碳,生物油煤浆又被归为部分绿色能源。因此,本论文从煤浆利用的工艺出发,对生物油煤浆的流变特性、雾化特性及其气化特性进行了系统的研究,主要研究内容和结果如下:首先,生物油煤浆作为一种新型燃料,需要对其流变特性进行研究以确定适用于工业应用的煤浆组成和操作条件。论文研究了不同煤阶煤样制备的生物油煤浆的流变特性,指出影响其流变特性的最主要煤质因素为煤的空气干燥基水份和羧基官能团含量,并明确了适宜制浆的煤种为烟煤和无烟煤。对于神木烟煤,其最大成浆浓度约为45wt.%,该部分的研究为生物油煤浆的雾化和气化过程做了良好的铺垫。雾化过程是浆态燃料进入反应器反应的第一个步骤,也是实现工业应用的关键步骤之一。论文选用双流体喷嘴较好地实现了生物油煤浆的雾化,并利用CCD耦合图像数字处理技术对煤浆雾化液滴的粒径和速度分布进行了测量和分析。弥补了生物油煤浆雾化数据的空白,获得了合适的雾化工艺条件。同时丰富了双流体喷嘴雾化液滴的粒径和速度分布研究,为生物油煤浆在气流床反应器中进行试验奠定了基础。生物油煤浆的气化特性研究为其工业应用提供了有效的参考数据。论文研究了生物油煤浆在常压气流床反应器内1200 ℃-1400 ℃范围内的气化特性,并与水煤浆的气化特性进行对比。实验表明,生物油煤浆的碳转化率达95%以上,明显高于水煤浆。在工艺流程计算中,生物油煤浆的气化效率比水煤浆高出3个百分点,比氧耗比水煤浆降低约18%,证明了生物油煤浆在气流床中气化制备合成气的可行性。生物油煤浆气化所得固体产物的研究作为对生物油煤浆气流床气化特性研究的补充,以增进对生物油煤浆气化过程的了解。气化固体产物的分析与表征结果表明,生物油煤浆气化所得飞灰的反应性高于水煤浆飞灰,并且生物油煤浆的过滤器飞灰比旋风分离器飞灰有更高的气化反应性,生物油中含有的可溶性K盐是气化反应性较高的主要原因。
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