【摘 要】
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在化石能源造成全球温室效应越来越显著的今天,生物质能作为可再生能源,具备储量丰富、价格低廉以及低碳环保的特点,因此对生物质能的开发利用成为逐步替代化石能源的一条有效途径。气化技术是生物质能众多利用方式中效率较高的一种,但是生物质原料存在单品种供应不稳定、气化气体产物能量密度小、产气热值低等缺点,而农林废弃物与煤的共气化则可以弥补生物质单独气化时的不足。由于共气化过程的复杂性,以及在现实中进行共气化
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在化石能源造成全球温室效应越来越显著的今天,生物质能作为可再生能源,具备储量丰富、价格低廉以及低碳环保的特点,因此对生物质能的开发利用成为逐步替代化石能源的一条有效途径。气化技术是生物质能众多利用方式中效率较高的一种,但是生物质原料存在单品种供应不稳定、气化气体产物能量密度小、产气热值低等缺点,而农林废弃物与煤的共气化则可以弥补生物质单独气化时的不足。由于共气化过程的复杂性,以及在现实中进行共气化试验会受到多方面因素的影响,本文选用化工流程模拟软件Aspen plus对共气化过程进行模拟,以固定床气化炉为对象,采用水蒸气作为气化剂,从产气量、碳转化率、热值等方面更为精确直观的把握生物质与煤共气化过程,从而达到缩短气化实验时间以及优化气化工艺参数的目的,研究的主要成果如下:(1)共气化模型的建立。模型搭建过程中分别选取收率反应器、化学计量反应器和吉布斯反应器对共气化过程中的干燥、热解以及气化三个阶段进行模拟。实际试验中采用样品为松木屑与福建龙岩无烟煤,使用小型固定床催化反应联合装置进行共气化试验。通过在不同工况下模拟值与试验值的对比,验证模型与实际试验的一致性。(2)共气化模型中各影响因素对气化结果的影响。反应温度是一个影响气化产物的重要因素,当温度处于800℃时,合成气中H2体积分数达到最高,为55.31%,碳转化率、质量热值以及产气量都达峰值;随着B/F(松木屑与原料比)的增加,合成气中H2的占比会略微提高,当B/F为0.2时,碳转化率、产气量以及质量热值都处于最高点;碳转化率与产气量在S/F(水蒸气与原料比)为1.0时达到最大值;压力的增大不利于产气量的增加,H2的气体体积分数也会随着压力的增大而降低。综合考虑现实中经济和软件中模拟的结果,得出最适合气化反应的工况为:气化温度为800℃,B/F比例为0.2,S/F为1.0,压力为0.1Mpa。(3)最佳工况下不同生物质对共气化结果的影响。在最佳工况下,农林废弃物与无烟煤共气化产生的合成气中,H2的气体体积分数在合成气中占比最高,在52.12%~54.31%之间。生物质原料中挥发分比例越高,灰分比例越小,相应的产气量与质量热值越大;此外,选取了两类(木材和竹材)八种生物质(橡木、云杉木、杨木、松木、牡竹、巴苦竹、甜龙竹以及刺竹)研究气化规律:产气量较高的分别是松木(2.62 m~3/kg)和刺竹(2.71 m~3/kg),产氢量较高的分别是松木和甜龙竹。
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