内循环串行床快速热解制取生物油试验的分析研究.pdf

摘要 摘要 近年来，生物质热解液化制取生物油技术迅速发展，被认为是本世纪最具发展潜力的生物质利 用技术之一。与生物质原料相比，生物油具有能量密度高、易储存和运输方便等显著优点，可以应 用于工业锅炉、燃气轮机等设备，精制后还可以用来代替燃油、制备化学品。 本文研究围绕专有技术“单床自热式热解气化燃烧反应器及热解气化燃烧方法”所提出的新型 内循环串行流化床(IIFB)反应器展开。该新型反应器原理为：利用导向管和漏斗形料腿将床分隔 为两个区域—熟解区和燃烧区，两个区域通过导向管底部的孔进行物质与热量传递，实现自热式热 解液化。从冷态试验、热态试验和数值模拟三方面对基于|IFB反应器的快速热解液化工艺进行了系 统的研究，获得了反应器的流动特性、热解产物分布及生物油特性，为今后的工业应用提供依据。 踪等研究手段，对床内流型、压降、颗粒循环量、气体旁路特性进行了冷态试验研究。试验观测获 热解反应。流型转变取决于两个区域的气量大小，各个操作区域的大小受静止床高、颗粒直径、上 出口开度等因素影响。床层压降特性研究表明，喷动区压降小于流化区压降，压降随着床内流型转 范围内，总体上，随着气量的增大而增大。流化气的加入对喷动气的旁路具有抑制作用，喷动区向 环形区的串混率随着喷动气速的增大呈上升趋势，随着流化气速的增大而减小。 在冷态试验研究结果的基础上，以颗粒动力学为理论基础，采用双欧拉气固流体动力学模型， 建立了IIFB流体动力学数学模型，对典型工况条件下进行了冷态数值模拟。模拟结果较准确地反映 了床内颗粒速度与浓度分布、床内压力分布及颗粒循环量特性，具有一定的可信度，计算结果可以 为该类反应器放大设计与操作提供参考。 在上述研究基础上，自行设计建造了处理量为0．2kg／h的IIFB快速热解制油热态装置，主要包括 加料系统、热解反应器、产物收集与分析三大部分。热解反应器本体高1．2m，外径60mm。试验研究 表明床内温度分布状况良好，易于调控，符合快速热解反应要求。试验以木屑为原料，石英砂为热 载体考察了反应温度对热解产物分布的影响，结果表明温度为515℃时油的收率最高。以HZSM．5催 化剂与石英砂混合物为床料的催化热解试验结果表明，HZSM．5的加入促进了气体以及焦炭的生成， 使得油的收率降低，且催化剂量越大影响越显著。BET分析及SEM表征表明，催化剂表面的积炭经 燃烧反应后被及时除去，催化剂的稳定性得到改善。生物油的含水率较高(30％左右)，热值相对较 低，约为16MJ／kg；含水率随温度升高而增大，催化剂的加入使得水分增加。对气体产物成分分析结 气体增加；由于燃烧温度低，烟气产物中cO含量较高。对IIFB反应器能量平衡分析分析结果表明， 热解获得的焦炭燃烧后产生的热量足以提供热解反应，可以实现自热。对试验获取的生物油GC．MS 分析结果表明HZSM．5催化热解后油中的酸、醛、酮类物质含量明显减小，而小分子的烃类与酚类物 质明显增加。 关键词：内循环串行流化床、生物质、快速热解、催化热解、冷热态试验、数学模型 东南大学硕士学位论文 Abstract Facetothe threatofthefossil resource andclimate scholars increasing energy depletion change，many been andresearchersintheworldhave ontheresearchand ofbiomassto focusing developmentenergy substituteforfossil canconvertbiomassinto oneof energy．Fastpyrolysis liquidproducts，ispromising in21th has on and is tech