生物质流化床的水蒸汽气化实验研究

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1、分类号学号M201173207学校代码10487密级硕士学位论文生物质流化床的水蒸汽气化实验研究学位申请人：杨琳学科专业：环境科学指导教师：刘石明答辩日期：2014年1月20日万方数据ADissertationSubmittedinFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringAnExperimentalResearchonSteamGasificationofBiomassusingFludizedBedCandidate：YangLinMaj

2、or：EnvironmentalScienceSupervisor：LiuShimingHuazhongUniversityofScience&TechnologyWuhan430074,P.R.ChinaFeb,2014万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已标明引用的内容外，本论文不包含任何其他人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签

3、名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在______年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日万方数据华中科技大学硕士学位论文摘要随着世界工业化进程的快速发展，人类

4、对优质能源的需求也越来越强烈。目前，在能源危机和环境污染日益严重的情况下，世界各国都在积极寻求能够提高能源效率的新的绿色可再生能源。作为最广泛的可再生资源，生物质因其对化石燃料的低依赖性和温室气体的低排放性，已经成为各国研究的热点。生物质气化技术是有效利用生物质的途径之一，而采用水蒸汽作为气化剂可以大幅度的提高产气中H2的含量，得到高热值燃气。本课题以生物质锯末为原料，在流化床反应器中对生物质流化床水蒸汽气化特性进行了探索研究，主要研究内容和结论如下：（1）对实验室现有的流化床进行改进，采用自主改进的螺旋进料器，通过调节

5、电机转速从而带动绞龙的旋转速率而达到控制进料量，随着电机转速的增加，进料量呈线性增加；采用全自动电热蒸气发生器供给水蒸汽，通过调节水蒸汽压力控制不同水蒸汽流量。（2）在自制的流化床装置上进行水蒸汽气化实验，分别研究了反应温度、水蒸汽流量和颗粒粒径对气体产率、气体组分和合成气组分的影响。结果表明：随着温度的升高，气体产率由0.76L/g增加至1.19L/g，H2含量增加，H2/CO由1.05增至1.87，另外残炭颗粒的表面逐渐熔化，挥发分析出，造成表面较大的孔洞；水蒸汽流量对生物质水蒸汽气化反应也有重要的影响，蒸气流量由1

6、0g/min升高至25g/min，气体产率由0.76L/g到1.72L/g，合成气含量及H2/CO比值增加；颗粒粒径相比温度及水蒸汽流量对气化结果影响不大。利用Fluent软件对生物质流化床水蒸汽气化进行了模拟，结果发现与实验的变化趋势相似。（3）采用TG-DTA分析添加钙基催化剂CaO/Ca12Al14O33情况下与没有添加催化剂情况下生物质的失重特性，结果表明钙基催化剂的加入有助于促进挥发分的析出，能够促进生物质热解过程中焦油的裂解。考察了添加钙基催化剂对气化结果的影响，结果表明：催化剂量的增加，使得气体产率、合成气

7、含量增加，但是当Ca/C大于1时，气体产率开始减小；在添加钙基催化剂条件下，温度的升高、水蒸汽流量的增I万方数据华中科技大学硕士学位论文加，气体产率及合成气品质都得到提高，气化效果较未添加催化剂效果好；最后比较钙基催化剂与其他几种催化剂性能区别，相同条件下，钙基催化剂CaO/Ca12Al14O33的催化效果明显优于CaO和焦炭。（4）采用热重法分析了生物质水蒸汽气氛下的热失重行为，发现生物质的热失重过程主要分为挥发分析出阶段和半焦气化阶段；采用Coats-Redfern积分法对两阶段进行动力学参数求解，结果表明挥发分析出

8、阶段由一级动力学反应模型描述，对应的活化能为88.448kJ/mol；半焦气化阶段由扩散反应控制一维扩散模型描述，对应的活化能为41.372kJ/mol。关键词：生物质；流化床；水蒸汽气化；Fluent模拟；催化气化；动力学II万方数据华中科技大学硕士学位论文AbstractThedemandofthehighqua