生物质快速热解及其半焦水蒸气气化研究

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1、华中科技大学博士学位论文摘要利用生物质快速热解生产生物油，不仅是缓解我国能源危局的关键技术，也是生物质利用技术的热门课题之一。但是，目前国内外相关的研究，仅仅局限在提高主产物，也即生物油的产率上，没有系统考虑副产物生物质半焦和生物质燃气的利用问题，因此能源的利用效率低。为了提高生物质的利用效率，需要综合考虑生物质的资源化利用。本文提出将生物质快速热解副产物生物质半焦通过水蒸气气化转化为富氢气体，将其作为生物油深加工精炼的氢源，以此提高生物质转化效率。同时为了提高生物油产量，需要对生物质原料进行破碎预处理，以促进热解反应中传

2、热和传质。本文采用华中科技大学环境学院清洁生产实验室的二级破碎技术，将物料破碎到250μm以下。本文采用自制的生物质快速热解反应器，研究了松木锯末和水华蓝藻的快速热解特性，考察了最终热解温度、升温速率、生物质粒径对产物分布和生物油成分的影响，结果表明：合适的最终热解温度、增加升温速率、降低生物质粒径均有助于提高生物油的产量。当最终热解温度为500℃，升温方式为快速热解，粒径小于0.25mm时生物油产量最高，分别达到42.97%和54.97%。水华蓝藻的生物油热值高于松木。本文主要探讨生物质快速热解副产物生物质半焦的水蒸气气

3、化特性，分析讨论气化温度、水蒸气流量、生物质半焦粒径以及固相停留时间对富氢燃气干气体产量和碳转化率的影响。实验结果表明，松木锯末和水华蓝藻半焦的气化特性相似，提高气化温度、延长固相停留时间、适宜的水蒸气流量和半焦粒径有利于水蒸气气化反应的进行。气化温度越高，粒径变化对气化的影响越小，当气化温度超过750℃时粒径对干气收率、碳转化率和混合气成分影响趋弱。此外，固相停留时间的变化不影响混合气体成分。当气化温度为850℃，水蒸气流量为1.24g/min，固相停留时间达到15min时松木锯末和水华蓝藻的干气收率和碳转化率达到最大，

4、分别为332.44Nm/kg和95.78%，及1.84Nm/kg和98.82%。I华中科技大学博士学位论文自行设计和制造了中试规模的生物质液化及半焦气化联合式反应器。为了探讨生物质快速热解制取生物油与制氢联产的可行性，本文以破碎后的松木锯末为原料进行中试试验。试验结果表明，该装置能有效实现生物油与制氢联产。关键词：生物质快速热解水蒸气气化生物油II华中科技大学博士学位论文AbstractItisnotonlyakeytechniqueofsolutiontoChinaenergycrisis,butalsoahotarea

5、ofbiomassutilizationtechniquesforbio-oilproductionfrombiomassfastpyrolysis.However,mostresearcheswerefocusedonincreasingmainproduct,bio-oilyield,andutilizationofbiomasscharandsyngasattractedfewattentions.Therefore,Efficiencyoftraditionalfastpyrolysistechniqueislow

6、.Inordertoimprovebiomassutilizationefficiency,integratedutilizationshouldbeconsidered.Inthispaper,atechniquerouteofchangingbiomasscharintohydrogen-richgasesbysteamgasificationprocesswasintroduced.Subsequentlyhydrogenwasusedasmaterialforbio-oilupgradingandutilizati

7、onefficiencywasimprovedasaresult.Atthesametimebiomassmaterialshouldbepre-crackingtoguaranteeheattransferratebetweenmaterialparticlesandimprovebio-oilyield.Inthispaper,biomassmaterialswerecrackedbelow250μmbysecondarycrackingtechniquefromCleanProductionLabofSchoolof

8、.EnvironmentalScienceandTechnologyofHuazhongUniversityofScienceandTechnology.Inthispaper,fastpyrolysischaracteristicofpinesawdustandcyanobacterialblooms