基于多組分的生物質(zhì)快速熱解實(shí)驗(yàn)及模擬研究.pdf

1、生物質(zhì)熱解技術(shù)由于能將低品位的生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化為高品質(zhì)液體燃料或者高附加值的化工原料，在生物質(zhì)轉(zhuǎn)化技術(shù)中起著至關(guān)重要的作用。由于生物質(zhì)熱解過程十分復(fù)雜，生物油的組成成分有上百種，熱解過程受到很多因素的影響，從反應(yīng)機(jī)理和反應(yīng)速率等方面對(duì)生物質(zhì)熱解產(chǎn)物進(jìn)行模擬預(yù)測具有較多的不確定性。為了克服生物質(zhì)本身結(jié)構(gòu)復(fù)雜對(duì)熱解模擬所帶來的困難，簡化模型，為生物質(zhì)熱解液化產(chǎn)物預(yù)測提供參考依據(jù)，本文利用生物質(zhì)三組分（纖維素、半纖維素和木質(zhì)素）疊加的方法進(jìn)行研究

2、，通過三組分的熱解實(shí)驗(yàn)獲得產(chǎn)物產(chǎn)率與組分含量之間的關(guān)系式，為生物質(zhì)熱解模擬提供實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。本文在該研究背景下，開展了生物質(zhì)熱解實(shí)驗(yàn)及其模擬研究。
　　 在管式爐反應(yīng)器上對(duì)生物質(zhì)三組分（纖維素、半纖維素和木質(zhì)素）進(jìn)行熱解實(shí)驗(yàn)，考察熱解溫度對(duì)三組分熱解產(chǎn)物的影響，對(duì)熱解產(chǎn)生的不凝性氣體和生物油進(jìn)行組分分析。結(jié)果表明，溫度對(duì)生物質(zhì)熱解有著顯著的影響，隨著溫度的升高，焦炭產(chǎn)率不斷降低，不凝性氣體產(chǎn)率不斷升高，而生物油產(chǎn)率先升后降，存在一最

3、佳溫度值。纖維素?zé)峤猱a(chǎn)生的焦炭產(chǎn)率最少而生物油產(chǎn)率最高；木質(zhì)素中的灰分含量較高，灰分中的堿金屬對(duì)焦炭的產(chǎn)生有一定的催化作用，因此木質(zhì)素?zé)峤猱a(chǎn)生的焦炭最多；而木聚糖的不凝性氣體產(chǎn)率最高。
　　 選取三種典型生物質(zhì)（稻秸、玉米稈和花生藤）為原料，在管式爐反應(yīng)器上進(jìn)行熱解實(shí)驗(yàn)，分析熱解溫度對(duì)產(chǎn)物的影響，并將三種組分的熱解產(chǎn)物按照生物質(zhì)中組分的含量進(jìn)行疊加，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，分析組份疊加的可行性。結(jié)果表明，按照三組分疊加的方法來計(jì)算生

4、物質(zhì)的熱解產(chǎn)物在一定程度上是可行的，在整個(gè)溫度范圍內(nèi)產(chǎn)物的產(chǎn)率變化趨勢是一致的。
　　 在以上實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，基于三組分疊加原理，根據(jù)400℃、500℃和600℃三個(gè)溫度點(diǎn)所擬合出的產(chǎn)物產(chǎn)率與溫度關(guān)系的曲線，利用Aspen Plus軟件建立基于多組分的生物質(zhì)快速熱解模塊，模擬熱解溫度對(duì)熱解產(chǎn)物、不凝性氣體組分和熱值、生物油熱值的影響。結(jié)果表明，生物質(zhì)熱解模塊能夠很好地反應(yīng)出生物質(zhì)的熱解產(chǎn)物產(chǎn)率，熱解所得結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值能夠較好地吻合，

5、具有一定的通用性。建立串行流化床生物質(zhì)熱解系統(tǒng)，將生物質(zhì)的燃燒與熱解過程分開，針對(duì)自熱平衡系統(tǒng)的實(shí)際，設(shè)計(jì)兩種白供熱方案，系統(tǒng)一對(duì)燃燒反應(yīng)器添加一定量的新鮮生物質(zhì)進(jìn)行補(bǔ)燃，系統(tǒng)二將熱解得到的焦炭一部分送入到燃燒反應(yīng)器中進(jìn)行燃燒。對(duì)系統(tǒng)的焦炭產(chǎn)率、生物油產(chǎn)率和系統(tǒng)效率進(jìn)行分析。結(jié)果表明，兩種系統(tǒng)都能很好地實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)的自熱式熱解，以制取生物油為目的，從系統(tǒng)生物油產(chǎn)率和系統(tǒng)效率等方面考慮，系統(tǒng)二的方案更優(yōu)，所用的生物質(zhì)總量較少，生物油產(chǎn)率較高