生物质气化过程中氮污染物形成机理研究
发布时间：2020-07-10 09:48
【摘要】： 人类进入21世纪面临着经济增长和环境保护的双重压力,由于世界能源日益紧张,因此改变能源的生产方式和消费方式利用现代技术开发生物质能已是大势所趋。 生物质能源是一种理想的可再生能源。生物质能的低硫和CO2的零排放特性使生物质成为能源领域的研究热点。利用生物质替代化石能源,对改善大气酸雨环境,减少大气中二氧化碳含量从而减少“温室效应”都有极大的好处。对生物质气化过程的深入研究有利于提高我国的生物质气化转化技术水平,促进我国对生物质能资源的开发与利用,改善我国的大气及生态环境。氮污染物的释放与控制是气化技术应用推广中的问题之一,因此生物质热化学转换过程中氮污染物形成机理研究受到越来越多研究者的关注。本文基于上述目的,依托欧盟项目,对生物质能热化学转化气化工艺过程中氮污染物形成机理研究进行了深入的研究。 本文针对生物质气化过程中氮污染物的形成进行了系统的实验和深入的机理研究。在马德里大学自制的模拟工业化的小型鼓泡流化床上组织了一系列气化基础实验。在流化床送料量为5kg/h时,研究了多个气化操作参数(如温度、空气当量比等)对气化炉出口氮污染物的前驱物(NH3)浓度的影响。 本文重点建立了循环流化床生物质气化过程模型,用于预测燃料氮元素(FBN)的迁移。这个模型考虑了18个化学反应和8种物质(碳、氢气、一氧化碳、水、二氧化碳、甲烷、氨气和一氧化氮),其中九个反应涉及到燃料氮。气化过程假定包含一个最初瞬间的高温分解步骤,紧接着是部分燃烧和焦炭气化。模型假定氧在主要含氮物从高温分解过程释放之前没参加反应。模型意味着在高温分解过程中FBN转化成了一定比例的气体、焦油和焦炭体,其比例是由生物质的种类、反应温度和加热速率决定的。模型中氨是主要含氮污染物,因为一氧化氮与之相比浓度很低。模型得出来的结果与文献中预测结果一致,也与马德里大学获得的实验数据进行了比较,吻合较好。结果表明高反应温度可以降低氨气的释放量,氧气的浓度及其与氨气的接触是影响氨气生成和分解的主要因素。此外,在合适温度下对NH3具有选择性催化氧化作用的催化剂也是一个重要影响因素。 生物质循环流化床气化过程中燃料氮迁移的全局反应动力学数学模型的建立,为以后控制生物质气化发电过程中氮污染物的排放提供了依据,并为生物质气化发电技术的工程应用提供了理论基础。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：TK6
【图文】：
占 65－70％。生物质资源量丰富且可以再生，其含硫量和灰分都比煤低，而含氢量较高，因此比煤清洁。若把它变成气体或液体燃料，使用起来清洁、方便。生物质既是低碳燃料，又由于其生产过程中吸收 CO2成为温室气体的汇（Sink），因此，随着国际社会对温室气体减排联合行动付之实施，大力开发生物质能源资源，对于改善我国以化石燃料为主的能源结构，特别是为农村地区因地制宜地提供清洁方便能源、建立可持续发展的安全能源系统具有十分重要的意义。1.3 生物质能的转化利用技术将生物质转化利用技术包括从做饭时简单的明火，到生产固体、液体和气体燃料的先进高温热解装置。生物质转化利用技术主要有三类：直接燃烧、热化学和生物化学。图 1-4 列出了生物质能的转化利用技术及其对应的产品[10]。另外，还有光化学分解技术。
图 1-11 下吸式固定床气化炉下吸式固定床气化炉，生物质原料由炉顶的加料口投入炉内。炉内的物料自上而下分为干燥层、热分解层、氧化层、还原层。下吸式气化炉的优点是：结构比较简单；工作稳定性好；可随时开盖添料；气体中的焦油在通过下部高温区时，一部分被裂解成小分子永久性气体（再降温时不凝结成液体），所以出炉的燃气中焦油含量较少。它的缺点是：下吸式一般需要由缩口加强其燃烧速度，阻力较大，不便于设备的放大；同时由于炉内的气体流向是自上而下的，而热流的方向是自下而上的，以致引风机从炉栅下抽出燃气要耗费较大的功率；出炉的燃气含有较多灰分；出炉的燃气温度较高，须用水对其进行冷却。国内生物质气化站都用此种炉型。图 1-12 是上吸式固定床气化炉气化反应示意图。
图 1-12 上吸式固定床气化炉上吸式固定床气化炉，物料自炉顶加料口投入炉内，气化剂由炉体底部进气口进入炉内参与气化反应，反应产生的燃气自下而上流动。由燃气出口排出。这种炉型的优点是：燃气在经过热分解层和干燥层时，将其携带的热量传递给物料，用于物料的热分解和干燥，同时降低其自身的温度，使炉内热效率大大提高；热分解层和干燥层对燃气有一定的过滤作用，所以出炉的燃气中只含有少量灰分。它的缺点是：添料不方便，对于微型（户用）气化炉，采用间断式加料方式，即一炉燃尽后打开上盖再加下一炉料；而连续生产则需专门的加料装置，当气闸叶片磨损后，密封不严将导致漏气。上吸式固定床气化炉燃气中含挥发性物质（如焦油蒸气）较多，适用于燃气无需冷却、过滤和远距离输送而直接燃用的场合。图 1-13 是横流式固定床气化炉气化反应示意图。
本文编号：2748759
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：TK6
【图文】：
占 65－70％。生物质资源量丰富且可以再生，其含硫量和灰分都比煤低，而含氢量较高，因此比煤清洁。若把它变成气体或液体燃料，使用起来清洁、方便。生物质既是低碳燃料，又由于其生产过程中吸收 CO2成为温室气体的汇（Sink），因此，随着国际社会对温室气体减排联合行动付之实施，大力开发生物质能源资源，对于改善我国以化石燃料为主的能源结构，特别是为农村地区因地制宜地提供清洁方便能源、建立可持续发展的安全能源系统具有十分重要的意义。1.3 生物质能的转化利用技术将生物质转化利用技术包括从做饭时简单的明火，到生产固体、液体和气体燃料的先进高温热解装置。生物质转化利用技术主要有三类：直接燃烧、热化学和生物化学。图 1-4 列出了生物质能的转化利用技术及其对应的产品[10]。另外，还有光化学分解技术。
图 1-11 下吸式固定床气化炉下吸式固定床气化炉，生物质原料由炉顶的加料口投入炉内。炉内的物料自上而下分为干燥层、热分解层、氧化层、还原层。下吸式气化炉的优点是：结构比较简单；工作稳定性好；可随时开盖添料；气体中的焦油在通过下部高温区时，一部分被裂解成小分子永久性气体（再降温时不凝结成液体），所以出炉的燃气中焦油含量较少。它的缺点是：下吸式一般需要由缩口加强其燃烧速度，阻力较大，不便于设备的放大；同时由于炉内的气体流向是自上而下的，而热流的方向是自下而上的，以致引风机从炉栅下抽出燃气要耗费较大的功率；出炉的燃气含有较多灰分；出炉的燃气温度较高，须用水对其进行冷却。国内生物质气化站都用此种炉型。图 1-12 是上吸式固定床气化炉气化反应示意图。
图 1-12 上吸式固定床气化炉上吸式固定床气化炉，物料自炉顶加料口投入炉内，气化剂由炉体底部进气口进入炉内参与气化反应，反应产生的燃气自下而上流动。由燃气出口排出。这种炉型的优点是：燃气在经过热分解层和干燥层时，将其携带的热量传递给物料，用于物料的热分解和干燥，同时降低其自身的温度，使炉内热效率大大提高；热分解层和干燥层对燃气有一定的过滤作用，所以出炉的燃气中只含有少量灰分。它的缺点是：添料不方便，对于微型（户用）气化炉，采用间断式加料方式，即一炉燃尽后打开上盖再加下一炉料；而连续生产则需专门的加料装置，当气闸叶片磨损后，密封不严将导致漏气。上吸式固定床气化炉燃气中含挥发性物质（如焦油蒸气）较多，适用于燃气无需冷却、过滤和远距离输送而直接燃用的场合。图 1-13 是横流式固定床气化炉气化反应示意图。
【引证文献】
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