流化式自供熱型制生物燃油關鍵裝置設計理論研究.pdf

1、我國是石油消費和進口大國,石油消耗量僅次于美國,位居世界第二位。同時,國內石油產能嚴重不足,進口依存度不斷擴大。2009年中國石油凈進口量2.19億噸,表觀消費量4.08億噸,進口依存度首次突破50％；2010年中國石油凈進口量2.49億噸,表觀消費量約為4.49億噸,進口依存度已高達55％以上；預計到2012年進口依存度將高達75％以上。如此高的石油進口依存度,已威脅我國能源安全,一旦國際石油供應出現(xiàn)問題,比如戰(zhàn)爭,我國的能源供應將會

2、受到嚴重打擊,甚至國民經濟都有瞬間陷入癱瘓的危險。另一方面,我國是一個農業(yè)大國,僅農作物秸稈年產生量約7億噸,扣去現(xiàn)有各種利用,大約3億噸可作為燃料使用,林業(yè)廢棄物年可獲得量約9億噸,如僅將這兩類生物質資源進行轉化,就可得到6億噸生物燃油,按熱值推算,相當于3億噸重油,因此將秸稈等農林廢棄物轉化成具有一定經濟價值和高技術含量的石油替代產品,不僅緩解我國能源緊張的狀況,而且增加了農民的就業(yè)崗位和個人收入,另外,將生物質通過熱裂解技術轉化后

3、的石油替代產品——生物燃油具有不含硫、減少環(huán)境污染、CO2零排放、符合CDM(清潔發(fā)展機制)要求。本文正是在這樣的背景下,針對生物質制生物燃油技術進行的研究,其目的在于為生物質熱裂解制生物燃油裝置設計提供先進的理論支持和技術保障。
　　 本文對國內外生物質流化式熱裂解技術的研究進行了總結和論述,根據(jù)流化式熱裂解工藝的特點,總結前人的研究經驗,提出了流化式自供熱型制油裝置反應器的理論和實驗研究,在研究過程當中取得如下成果:

4、　　 根據(jù)熱裂解反應動力學原理,為流化式自供熱型反應器,建立生物質熱裂解反應動力學方程,并對方程求解,得到生物質熱裂解產物曲線；在實驗室利用熱裂解實驗裝置進行實驗,將通過實驗取得熱裂解產物曲線與方程求得的熱裂解產物曲線進行了對比分析,驗證了熱裂解方程的可靠性；在生物燃油冷凝過程的研究中,根據(jù)已知曉的生物燃油成分,計算出冷凝溫度不同階段,對應的理論冷凝量,通過與相同階段溫度的冷凝實驗結果相比對,驗證理論結果,確定出最合理的冷凝溫度范圍,

5、為系統(tǒng)冷凝工藝提供理論依據(jù)。
　　 根據(jù)氣固兩相流的原理,提出了一種在普通圓柱型流化床內部加圓錐體的內錐式流化床反應器設計思路,通過冷態(tài)實驗結果表明,流化效果優(yōu)于普通圓柱型流化床。同時因為流化狀態(tài)的復雜性,建立氣固兩相流流動方程,利用Fluent模擬仿真軟件,采用歐拉模型,對內錐式流化床進行顆粒運動狀態(tài)、濃度與速度的數(shù)值模擬,并將模擬結果與普通圓柱型流化床進行比較分析。
　　 構建了基于內錐式流化床反應器的系統(tǒng)組成模式,

6、對系統(tǒng)進行了工藝分析,從理論上對系統(tǒng)進行了熱平衡研究與分析,從經濟性角度提出了除電力拖動以外的生產用能僅用副產物炭粉和不凝氣供熱的設想,并通過轉化率對副產物產率影響的研究,得出自供熱條件下的最優(yōu)轉化率,為生物質制油系統(tǒng)不依賴外部熱源而自身達到熱平衡的這種先進的設計提供了理論指導。
　　 針對本文提出的自供熱系統(tǒng)和僅用副產物炭粉和不凝氣為整個系統(tǒng)供熱的設想,根據(jù)燃燒理論對氣一固混合燃燒裝置進行了設計理論研究。另外,為了將燃燒后排放