流化床中单颗粒纤维素热解模型研究

为了研究生物质热解过程，该文对纤维素这种生物质中主要组份的流化床热解过程进行了数值模拟。模型在合理选取动力学模型的基础上考虑了单颗粒纤维素在流化床热解过程中由扩散和对流所引起的热量传递，包括了各种重要的气、液相热解产物的质量传递以及颗粒内部压力对过程的影响。计算结果显示，即使是对非常小的颗粒，热解反应热对热解过程的影响也至关重要；而无论是在大颗粒还是小颗粒中，热解液相中间产物流动对能量、质量传递的影响以及挥发份参加颗粒内二次反应的份额则可以忽略。计算还得到不同粒径颗粒热解的产物分布。总体来说，该模型为我们提供了一个探究纤维素热解细节的机会。计算结果可以为实际热解反应器的设计和运行提供依据。     

水平携带床内玉米秸秆颗粒运动的PIV测量

为了研究生物质颗粒在等离子体快速热解液化设备水平携带床热解管中的运动,设计制造了水平携带床冷态模拟装置.利用PIV无接触测量技术,对玉米秸秆颗粒在管内的速度分布进行了研究,求出了颗粒和氩气通过管道所需的平均速度和平均时间.研究结果表明,颗粒在管道内的运动速度沿轴向不断增大,管道中心附近的颗粒速度增大最为明显,靠近管壁附近速度变化相对较慢;颗粒在管内的速度分布沿径向近似呈类似抛物线状分布;颗粒的平均运动速度比氩气的低,颗粒通过管道的平均时间略大于氩气的平均时间.     

稀疏气固两相流动中颗粒分离特性的数值模拟

针对循环流化床铁矿粉烧结技术中的关键问题,用数值模拟方法对不同密度床料颗粒在床内的分布进行了数值模拟。数值模拟将气相场和离散颗粒场分别用欧拉方法和拉格朗日方法进行处理,在每一时间步长内对气相场和离散颗粒场的相互作用进行耦合,得出了不同密度混合床料在循环流化床内的分离规律。数值模拟结果与国外相同研究的实验结果进行了对比,结果表明数值模拟结果具有较高的准确性。     

废轮胎小型和中试规模热解研究的实验方法

从微观动力学尺度、小型批量实验室规模以及中试发展装置规模对废轮胎热解技术的最新研究进展进行了综述．废轮胎热解实际上是其组成胶体NR、BR、SBR和相应操作油的挥发过程，因此，其动力学模拟方法倾向于采用各种胶体成分热解动力学叠加的多组分模型．废轮胎小型规模批量热解研究主要集中在热解产物收率优化、热解油和炭产物的定性分析以及热解产物应用前景探讨等方面．目前，国际上较为成功的中试热解装置既包括快速工艺(流化床和烧蚀床)又包括慢速工艺(回转窑、真空移动床和两段移动床)．最后，阐述了针对国内情况开展废轮胎小型和中试热解的研究思路．     

采用热重与红外光谱联用研究玉米秸秆热解

采用热重与红外光谱联用技术(TG—FTIR),在升温速率为20℃/min下,对玉米秸秆各部分(秸秆皮、秸秆瓤、叶子及苞叶)的热解产物及析出过程进行了实验研究。实验结果表明,玉米秸秆各部分的热解产物主要为CO2、CO、CH4、H2O,同时含有少量的丙酸类物质;秸秆皮和秸秆瓤热解气体的析出呈单峰形状,而叶子和苞叶热解气体的析出呈双峰形状;玉米秸秆各部分的热解最大失重率对应的热解温度约为360～371℃,相差较小;对玉米秸秆的同一部分,主要热解产物的最大失重率对应的热解温度基本相同。     

城市污泥与玉米秸秆共热解及炭粉吸附特性研究

利用外热式固定床反应器,在400～700℃下对不同比例的城市污泥与玉米秸秆混合物进行共热解,研究热解条件对炭粉的产率、比表面积、孔径分布的影响。结果表明,随热解温度的提高和玉米秸秆量的增加,炭粉的产率逐渐减小,700℃时,纯污泥热解的炭粉得率是51.5%(以干原料计),添加45%的秸秆时,炭粉得率是41.75%;炭粉的比表面积随热解温度的提高而增大,随玉米秸秆量的增加而增大,700℃时,比表面积在50~80m2/g;纯污泥热解炭粉的孔径以中大孔为主,随玉米秸秆添加量的增大,炭粉的孔径分布由中大孔趋向中微孔。     

整包秸秆微波热解的试验研究

使用自制的微波热重分析装置,对压缩打包后的小麦和玉米秸秆进行了微波热解试验,考察了微波辐射下秸秆的热解特性和影响因素.使用气相色谱对气体产物进行了定性定量分析,考察了气体的热值,并与常规热解得到的气体产物进行了比较.结果表明:秸秆的微波热解过程可以划分为干燥、预热解、挥发份大量析出和炭化等4个阶段,物料种类和微波功率对热解过程具有重要影响.热解气体产物中主要成分为氢气、一氧化碳、二氧化碳、甲烷等.较高的氢气含量预示着秸秆微波热解可以用来生产富氢燃气,研究结果为生物质微波热解的工业应用提供了基础性数据.     

流化床反应器中生物质的热解研究

以松木锯末、花生壳、大豆秸秆等几种典型生物质为试验原料,在流化床反应器内进行了热解试验,分别考察了热解反应温度、停留时间、进料量对生物质热解产物(油、气、炭)产率的影响,以及这几种生物质原料热解产油率的最佳工艺条件.运用GC/MS方法确认了生物质热解油中的40种化合物,生物质热解油的GC/MS法分析结果为其在化工和能源方面的综合利用提供了有价值的数据.     

生物质快速热解气相成分析出规律

利用恒温沉降炉对秸秆、稻壳、木屑及一种烟煤煤粉在900、1000、1100℃ 3个温度进行了快速热解试验,对4种燃料在快速热解过程中气相成分析出的规律进行了研究.生物质成分中高的挥发分、氧、H/C决定了其快速热解会取得比煤粉高的气相产率,木屑的气相产物产量最多,秸秆次之,稻壳最低.4种燃料热解气相产物中的主要成分是CO、H_2、CO_2、CH_4,少量的G_2H_4、C_2H_6、NO、HCN、COS,生物质和煤粉在快速热解及短的停留时间内,其析出的氮前驱物为HCN.快速热解析出的气相成分产量及组分分布与燃料种类、热解温度、热解停留时间相关.几种物料共同的规律是随停留时间的延长,气相产物的量不断地增加,当气相产物的产量趋于平稳时,相应的气相产物的各组分趋于恒定,这一停留时间标志着热解过程的结束,相同温度条件下煤粉的热解速率要慢于3种生物质.     

流化床反应器中化学链燃烧的模拟

为了更好地认知以循环流化床形式作为燃料反应器的化学链燃烧过程,基于颗粒动理学理论,考虑反应器中颗粒聚团的影响,运用双流体模型,对循环流化床反应器内化学链燃烧过程进行模拟,获得了反应器内流场以及组分分布规律。模拟结果再现了颗粒聚团的多尺度流动机构以及载氧体颗粒在床中呈现出的环核流动结构,结果表明,这种非均匀分布会导致燃料转化率的下降。     

炭体系下二氧化碳重整甲烷三维数值模拟

炭催化CO2重整CH4.制合成气是实现煤炭资源的多联产和洁净化利两相流第二相体积份额大小影响的欧拉双流体模型的基础上,结合多个异相催化反应动力学模型,建立了包含传热、传质、化学反应在内的炭体系下二氧化碳重整甲烷反应器三维数学模型.利用该模型对 12 mm实验室反应器进行了三维数值模拟,得到了重整反应器内气体浓度分布、速度分布、以及产物中H2/CO摩尔比等重要参数.数值模拟结果与试验结果基本吻合.对指导重整反应器的放大和工业应用具有指导意义.     

玉米秸秆复合菌兼氧预处理产热特性分析

为了更加有效地利用玉米秸秆复合菌兼氧预处理环节所产生的生物热,探究预处理过程中反应装置内部及反应堆体的产热特性及温度场分布,利用自制秸秆类生物质兼氧预处理反应器对玉米秸秆进行了复合菌兼氧预处理。凭借微元体的能量守恒规律,结合实验中采集的温度数据以及各项参数,利用多项式拟合理论和Origin数据分析软件拟合得到内热源与时间的关联经验公式,并利用FLUENT软件在二维空间内建立其物理模型,结合实验得到的约束条件及相关的数学模型对反应装置内部及反应堆体温度场分布进行模拟分析,进而形象地模拟出复合菌预处理过程中反应器内部物料温度场的分布以及流动的相关动态及规律。实验表明,模拟的温度场实时分布及变化过程与实验测得的结果基本吻合,从而验证所建立的数学模型是准确且可靠的,为生物法复合菌预处理过程中生物热的研究与利用提供理论支撑。     

燃料反应器中甲烷化学链燃烧的数值模拟

为了更好地了解化学链燃烧过程中气固流动的特点以及反应特性,基于化学动力学理论和颗粒动理学理论,考虑高颗粒浓度下摩擦应力的影响,运用双流体模型,对燃料反应器内化学链燃烧过程进行数值模拟,得到了燃料反应器内流场特性以及温度场分布规律。模拟结果同时得到了反应器内颗粒所形成的内循环流动结构。     

生物质燃料层热解过程的传热传质模型研究

通过分析生物质热解过程的传热传质特点,建立了生物质燃料层热解过程的传热传质教学模型。通过数值计算,研究了生物质燃料层在热解过程中所发生的热量和质量迁移现象,分析了热解过程生物质床内部温度场的分布、生物质固体密度的变化和热解区的迁移规律。     

基于化工流程模拟平台的生物质移动床热解多联产系统模拟研究

在Aspen Plus平台上构建生物质移动床热解多联产系统模型,通过对秸秆热解过程的模拟,研究了生物炭、生物油和生物燃气三态热解产物特性,以及热解温度对系统燃料投入、水耗和电耗的影响。结果表明,随热解温度升高,生物炭热值逐渐增大。生物油和生物燃气的产率分别在450℃和650℃附近达到最大值。当热解温度为450℃时,生物油重质组分主要由糖衍生类和脂肪酸类物质构成,而轻质组分主要包括醛类、醇类和水;当热解温度为650℃时,生物燃气则主要由CO₂和CO构成。生产过程中,系统的燃料消耗和电耗均随着热解温度的升高而增大,冷却水消耗量则经历先减少后增加的过程,并在450℃附近达到最小值。     

固体吸附式制冷系统中吸附床内传热过程的数值模拟

对一简化吸附床模型中传热过程进行理论分析,对吸附床内的热传导方程和换热管内流体的能量控制方程进行离散并利用控制容积法进行模拟数值计算,在计算模型中加入随时间变化的边界条件,得到吸附床内吸附剂和换热管内流体的两种互相耦合的温度分布,为吸附床的实际优化设计提供理论依据。     

玉米秸秆低温热解特性实验研究

生物质在实验室环境与实际生产环境下的热解特性存在较大差别。以30mm长玉米秸秆为对象,在管式炉中模拟移动床热解炉中实际传热环境,研究热解温度、热解时间对热解进程的影响规律,同时研究了生物质在实验室环境下的热解特性。研究结果表明,实验室环境下生物质热解温度超过580℃后,提高热解温度对生物质挥发分残留率的影响可以忽略,但在实际生产环境下,由于传热传质条件的变化,在合理的经济时间内,生物质热解温度超过580℃后生物质的挥发分仍有较高的析出速率,移动床热解炉的工艺参数确定应该以实际生产环境下的热解特性为理论基础。     

玉米秸秆TG-FTIR联机热解特性研究

生物质的热解特性是研究其气化规律的重要基础，以玉米秸秆为实验对象，利用热重分析仪（TG）研究生物质的热解特性，热解过程产生的气体产物导入傅立叶变换红外光谱仪（FTIR），进行在线监测，实时分析热解产物的化学成分。实验结果表明，玉米秸秆的热解过程主要有两个阶段（两个较大的峰值），不同的阶段气体产物也有所不同。     

玉米秸秆热解挥发分元素含量分析

利用EA3000高精度元素分析仪检测了玉米秸秆和其热解液化残炭产物的元素含量，根据质量守恒原理和灰分示踪原理，计算确定了玉米秸秆热解液化挥发分中各元素含量。结论表明，玉米秸秆在反应温度为477℃的流化床和水平携带床中，其热解挥发分可表示为CH2.13O0.86，这和文献记载的气化所得气体产物（CH0.88O1.40，不包含氮）相比，氢相对含量高，氧相对含量低。     

循环流化床内颗粒混合特性的数值模拟

为了更好地研究循环流化床内颗粒的混合行为和揭示颗粒的混合机理,将离散单元法和计算流体力学相结合,对床内颗粒的轴向混合与径向混合过程进行了数值模拟.从气体和颗粒运动速度的角度将轴向混合与径向混合结合起来,对床内颗粒的整体混合过程进行了分析,并采用颗粒特征浓度标准差对颗粒的混合程度进行了定量评价,通过数值模拟得到了床内气体的速度场、颗粒的速度场和体积分数分布.结果表明:颗粒与气体的速度分布趋势基本一致,床内呈现上部稀相下部密相;颗粒的轴向混合效果优于径向混合效果,增大流化风速有助于加速颗粒的混合,且颗粒轴向混合对流化风速的敏感性低于径向混合.