收藏本站
《大连理工大学》 2009年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

高温过热水蒸气的制备及生物质高温气化重整制氢特性研究

高宁博  
【摘要】: 生物质气化制氢技术是一项富有前景的制氢技术,目前还处于探索阶段。虽然很多学者对生物质制氢技术进行了较为深入的研究,但由于气化手段的差异,以及气化因素的影响所取得的效果也各不相同。这些研究大多集中于用低温气化介质进行气化,气化产气中H_2含量较低,气体中焦油含量较高。针对这个问题,开展了生物质高温水蒸气气化多孔陶瓷气化重整制氢的研究。本文首先进行了高温蒸气发生器的研制并进行了高温过热蒸气和高温空气的制备实验,对高温蒸气发生器进行了热效分析;对高温蒸气发生器的运行过程进行了数值模拟。在非等温与等温加热条件下研究了大物料量物料的气化动力学特性。研究了序批式与连续式进料模式下的生物质高温气化、多孔陶瓷重整制氢实验研究,最后建立了生物质高温热解气化耦合模型,对气化过程进行了数值模拟。主要研究内容如下: (1)介绍了自制蓄热式高温带压蒸气发生器的工作原理及运行过程,对炉体结构进行了设计计算,设计并计算了保温层的厚度,根据运行特性,相应地提出了运行控制方案和参数检测方式。在对高温过热蒸气发生器进行调试运行以后,开展了高温水蒸气、高温空气制备的热态实验研究。开展了不同换向周期的高温水蒸气、高温空气制备实验,考察了不同换向周期以及一个换向周期内的高温介质的温度变化情况,并对不同状况下的尾气余热排放进行了探讨。研究了不同工况条件下的温度效率和热回收效率情况。以水蒸气为介质时60s的换向周期条件下热回收效率最大,而以空气为介质时30s为最佳换向周期。对系统热平衡及热效率进行了计算,通过对系统输入能量和系统输出能量的分析,计算了系统热效率,系统热效率可达73.56%,热收入与热支出误差为5.03%,测定结果正确。 (2)通过数值模拟的方法研究了高温过热蒸气发生器的运行特性,考察了燃烧半周期和水蒸气余热半周期的炉体换热情况。对数值模型的有效性进行了验证,通过开展数值实验主要研究了不同换向周期,燃气进口速度,空气过量系数以及不同介质(水蒸气、空气)的换热特性。数值实验结果表明:换向周期越长,尾气带走的热量也就越多。换向周期过小,过大都不是最佳的选择。根据计算,60s的换向周期为最佳时间;燃气进口速度越大,释放出的热量就越多,但进口速度过大将导致燃烧不充分,不利于发生器效率的提高;当量比为1.5时,在陶瓷体的0.2-0.35m这一部分,陶瓷体温度处于较高水平,其后温度较低。在蓄热室中心线上的温度分布上,以空气为介质的温度分布低于以水蒸气为介质的温度分布,水蒸气和空气的预热曲线受二者物理性质影响较大。 (3)通过热重差热分析仪在氮气和空气气氛条件下,考察了不同工况条件(升温速率、粒径大小、载气流速等)的生物质微量物料热解和燃烧特性;在自行设计的大物料热重分析装置上,开展了热解、燃烧和水蒸气气化的热重实验和大物料量物料水蒸气气化的等温热重实验,根据这些实验获得的TG和DTG曲线的变化趋势,分析微量物料与大物料量物料两种不同模式的热失重行为,并在此基础上建立了生物质表观动力学模型,进行了生物质热解、燃烧以及气化的动力学参数求解。对相同工况条件下的微量物料与大物料量物料的热失重过程进行了比较分析。实验结果表明:大物料量热重过程和微量物料热失重过程的动力学参数差异明显。 (4)在自行设计的固定床气化炉实验台上开展了序批式进料模式的生物质高温气化实验研究,重点考察了反应温度、水蒸气流率以及物料粒径等不同工况条件对生物质气化产气特性的影响,实验结果表明不同温度条件下,每kg生物质的氢产率从800℃的21.91g H_2增加到950℃的71.63g H_2。不同水蒸气流率下CO平均浓度随着蒸气流率的增加略有增大,气体平均热值在11.87-12.04kJ/m~3范围变化,水蒸气流率为20.2g/min时的氢气产率最大。随着生物质给料粒径的减小,气体产率和气化效率均减小。 (5)研究了连续进料模式下的生物质高温水蒸气、高温空气气化重整实验,以多孔陶瓷为重整介质,分别研究了气化温度、水蒸气与物料之比(S/B)、当量率(ER)、重整室温度以及有无多孔陶瓷重整对气化产气的影响,研究了多孔陶瓷重整的焦油去除特性。实验结果表明,高温反应条件有利于气化反应的进行及H_2的生成。以水蒸气与氧气联合气化中,最优当量率为0.05。随着S/B的增大,H_2浓度表现出增大的趋势,2.05是比较理想的S/B值。在重整温度为800℃时H_2浓度最高。多孔陶瓷重整对焦油具有明显的去除作用,焦油的TOC的转化率为29.93-50.31%。以空气为气化剂时,随着反应温度的增加,气化产气中CO浓度增大并占有较大比例,而产氢率及气体LHV随温度的增大而增大;随着ER值的增大,CO浓度逐渐减小,而CO_2浓度则逐渐增大,气体热值显著降低。 6)生物质气化过程中,将热解区和还原区联合起来模拟气化过程。而以前的数值模拟大多为独立考察这两个过程,并进行数值模拟。本模型在时间和空间上整体模拟了气化过程的温度场和气化产气浓度场分布。主要考察了两种不同加热条件下的产气浓度,一是热解区升温条件为25K/min,另一种是热解区温度恒定为1400K。在两种加热模式中,还原区温度场和气体浓度场存在明显差异。
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TK6

免费申请
【引证文献】
中国期刊全文数据库 前2条
1 庞赟佶;沈胜强;陈义胜;马黎军;王宏坤;;松木屑成型颗粒制备富氢产品气试验研究[J];农业机械学报;2015年11期
2 牛永红;马黎军;陈义胜;庞赟佶;陈俊俊;;下吸式气化炉木屑高温蒸汽气化制取富H_2实验[J];农业机械学报;2015年04期
中国博士学位论文全文数据库 前6条
1 谢华清;CO_2吸附强化生物油催化重整制氢的基础研究[D];东北大学;2014年
2 吉恒松;基于感应加热方法的流化床生物质气化试验与模拟[D];江苏大学;2014年
3 杨益;烟草废弃物热解和气化的实验及机理研究[D];华中科技大学;2012年
4 鞠茂伟;混合垃圾机械生物预处理燃烧和填埋特性研究[D];大连理工大学;2012年
5 全翠;废电路板热解特性及其热解油的资源化研究[D];大连理工大学;2012年
6 成功;生物质催化气化定向制备合成气过程与机理研究[D];华中科技大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 时亦飞;枣木基活性炭的制备与改性及吸附甲醛研究[D];山东建筑大学;2017年
2 尉士俊;玉米秸秆基活性炭的制备及甲醛吸附应用研究[D];山东建筑大学;2016年
3 陈斌斌;生物质高温空气/蒸汽气化的数值模拟研究[D];长沙理工大学;2016年
4 马黎军;生物质高温蒸汽气化制备富氢燃气的实验研究[D];内蒙古科技大学;2015年
5 王宏坤;医疗垃圾高温蒸汽气化实验及热力学研究[D];内蒙古科技大学;2015年
6 熊家佳;半纤维素高温蒸汽气化微观机理研究[D];长沙理工大学;2015年
7 王振铎;医疗垃圾高温水蒸气气化实验平台设计及优化[D];内蒙古科技大学;2014年
8 张彤辉;生物质循环流化床气固两相流数值模拟与热解气化试验研究[D];山东大学;2014年
9 张剑波;生物质成型燃料固定床热解气化研究[D];浙江大学;2013年
10 孙蕾;半焦催化松木锯末热解实验研究[D];华中科技大学;2013年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 曾凡阳;刘朝;王文钊;闫丽云;;生物质热重实验及动力学分析[J];工业加热;2008年03期
2 迟姚玲;丁福臣;易玉峰;冀德坤;王虹;;生物质能的开发利用[J];北京石油化工学院学报;2008年02期
3 闵凡飞;张明旭;陈清如;陈明强;;新鲜生物质催化热解特性的研究[J];林产化学与工业;2008年03期
4 廖强;朱跃钊;;林木废弃物固定床气化试验研究[J];农机化研究;2008年06期
5 黄国胜;陈明强;王君;陈明功;于宗保;;生物质热转换制氢的研究进展[J];生物质化学工程;2008年03期
6 曹稳根;段红;;我国生物质能资源及其利用技术现状[J];安徽农业科学;2008年14期
7 谢玉荣;沈来宏;肖军;谢大幸;;生物质催化气化重整制取富氢气体的实验研究[J];西安交通大学学报;2008年05期
8 张巍巍;陈雪莉;于遵宏;;生物质慢速热解工艺的新探讨[J];环境科学与技术;2008年02期
9 杨素文;丘克强;;生物质真空热解液化技术研究现状[J];现代化工;2008年01期
10 陈祎;罗永浩;陆方;段佳;;稻秆慢速热解的需热量及动力学分析[J];化学工程;2008年01期
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 魏立纲;固体热载体法生物质催化气化制氢新工艺研究[D];大连理工大学;2006年
2 温俊明;城市生活垃圾热解特性试验研究及预测模型[D];浙江大学;2006年
3 庄新姝;生物质超低酸水解制取燃料乙醇的研究[D];浙江大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 马林转;褐煤与生物质两步法热解探索性试验研究[D];昆明理工大学;2004年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 谭晓龙;;建筑信息模型(BIM)的建筑设计管理模式研究[J];中国建材科技;2015年S2期
2 戴林发宝;王春梅;邓朝辉;王亚飞;;BIM技术在新鼓山隧道复杂段设计中的应用[J];铁路技术创新;2015年06期
3 赵雪媛;董娜;;BIM在设计阶段应用障碍及解决措施[J];施工技术;2015年S2期
4 王茹;韩婷婷;;基于BIM的古建筑构件信息分类编码标准化管理研究[J];施工技术;2015年24期
5 金海燕;王峥;;项目复杂性的内涵、评测及管理研究综述[J];工程管理学报;2015年06期
6 杨荣华;连宇新;;基于BIM技术的工程管理专业课程体系构建[J];中国建设教育;2015年06期
7 张冰;;项目管理中BIM技术的应用与推广[J];四川水泥;2015年12期
8 甘荣飞;李明照;曹文龙;黄坤;金乌吉斯古楞;;将BIM建模软件引入到土木工程制图教学中的研究[J];课程教育研究;2015年33期
9 吕欣伟;;浅谈BIM在房地产项目设计管理中的应用前景[J];福建建材;2015年11期
10 黄海新;邓丽;张路;;基于需求响应的实时电价研究综述[J];电气技术;2015年11期
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张世焱;BIM技术在绿色住宅建筑设计中的应用研究[D];安徽建筑大学;2018年
2 殷鉴飞;基于Web建筑模型轻量化的研究与实现[D];河北科技大学;2019年
3 潘洪洁;基于BIM的管道支吊架布置与受力校核研究[D];河北科技大学;2019年
4 傅先恺;基于BIM的非线性建筑设计研究[D];北京交通大学;2018年
5 鲁铭;基于WebGL的交互式印刷定制平台研究[D];西安理工大学;2018年
6 张晓琳;基于Web3D的服装在线定制平台设计与实现[D];西安工程大学;2018年
7 季境伟;发动机缸体铸铁件数字化浇冒口工艺系统研究[D];机械科学研究总院;2018年
8 杨畅;木屋构件的参数化CAD/CAM软件系统研究[D];沈阳工业大学;2018年
9 高娜;插件式Web 3DGIS空间及属性查询实现方法的研究[D];安徽理工大学;2018年
10 王宇佳;基于BIM技术的室内路径规划及展示方法研究[D];北京建筑大学;2018年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前2条
1 庞赟佶;沈胜强;陈义胜;马黎军;王宏坤;;松木屑成型颗粒制备富氢产品气试验研究[J];农业机械学报;2015年11期
2 姚宗路;吴同杰;赵立欣;郭占斌;丛宏斌;;生物质成型燃料燃烧挥发性有机物排放特性试验[J];农业机械学报;2015年10期
中国博士学位论文全文数据库 前9条
1 司展;生物质热解气与甲醇催化共裂解制备芳烃的研究[D];中国农业大学;2018年
2 倪哲;生活垃圾好氧-厌氧-好氧三段式反应器填埋调控机制研究[D];清华大学;2017年
3 郭汝阳;高食物含量垃圾生化与力学行为的研究[D];浙江大学;2017年
4 谢奕标;废旧电路板真空热解气相产物分析及控制研究[D];广东工业大学;2016年
5 董庆;基于微波加热的竹材生物质热解机理及特性研究[D];东南大学;2015年
6 王玉琳;液晶显示器主要部件再资源化机理和方法研究[D];合肥工业大学;2015年
7 刘丹;餐厨废弃物厌氧发酵特性研究[D];东北农业大学;2014年
8 惠贺龙;炭材料-Ni催化剂上焦炉气二氧化碳催化重整制合成气[D];中国矿业大学(北京);2014年
9 吉恒松;基于感应加热方法的流化床生物质气化试验与模拟[D];江苏大学;2014年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 沈琳;李希胜;高蓓超;;基于Ecotect-GRA模型的建筑方案综合优选[J];武汉理工大学学报(信息与管理工程版);2014年03期
2 姜荣荣;李希胜;;基于ELECTRE的建筑设计方案的优化决策[J];森林工程;2014年03期
3 光辉;赵尘;;我国建筑业可持续发展研究综述[J];森林工程;2013年06期
4 杨冰;王丽芳;廖承林;;大规模电动汽车充电需求及影响因素[J];电工技术学报;2013年02期
5 陈炜;艾欣;吴涛;刘辉;;光伏并网发电系统对电网的影响研究综述[J];电力自动化设备;2013年02期
6 王增平;姜宪国;张执超;张晋芳;刘国平;;智能电网环境下的继电保护[J];电力系统保护与控制;2013年02期
7 丁明;陈忠;苏建徽;陈中;吴建锋;朱承治;;可再生能源发电中的电池储能系统综述[J];电力系统自动化;2013年01期
8 黄凯;魏燕丽;季柳金;;某大型超市的建筑能耗分析[J];建筑节能;2012年12期
9 王贵斌;赵俊华;文福拴;薛禹胜;辛建波;;配电系统中电动汽车与可再生能源的随机协同调度[J];电力系统自动化;2012年19期
10 曾正;赵荣祥;杨欢;金磊;;电动汽车高渗透率的应对策略及换电站的最优规划[J];电力自动化设备;2012年09期
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 范小娜;基于Kinect三维重构及织物模拟研究[D];浙江大学;2014年
2 江禹;精密三维场景建模及3DWebGIS可视化技术研究[D];西南交通大学;2013年
3 刘新星;基于HTML5的空间环境数据三维成像研究与应用[D];电子科技大学;2013年
4 刘海娜;基于HTML5的全景漫游技术研究[D];郑州大学;2013年
5 梁春雨;使用开源平台和HTML5 Canvas构建福州市区实时路况WebGIS系统[D];福建师范大学;2013年
6 汪杰;基于序列图像的车型识别技术研究[D];南京理工大学;2013年
7 谢妍梅;基于OpenGL的纺织品三维场景模拟系统[D];浙江大学;2013年
8 王之顺;基于Skyline和SketchUp的三维可视化技术研究[D];福建师范大学;2012年
9 于克宁;3D游戏渲染引擎的设计与实现[D];北京交通大学;2011年
10 邱磊;基于web的带式(链式)斗式提升机设计[D];太原科技大学;2011年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 许桂英;孙国刚;程辉;汪洋;;生物质焦的水蒸气汽化动力学研究[J];农业工程学报;2011年11期
2 李勤;金保升;黄亚继;仲兆平;李斌;孙宇;;水蒸气活化制备生物质活性炭的实验研究[J];东南大学学报(自然科学版);2009年05期
3 胡勋;吕功煊;;水蒸气重整生物质裂解油及其模型分子制氢[J];化学进展;2010年09期
4 朱华英,刘怀乐;铁与水蒸气反应装置的改进[J];教学仪器与实验;2005年03期
5 王文林;;关于铁与水蒸气反应的说明[J];化学教育;2007年10期
6 常清云;;重识水蒸气[J];物理教学探讨;2009年17期
7 田士敏;铁和水蒸气反应装置的改进[J];中学化学教学参考;2004年07期
8 黄绪信;一举多得的“白气”形成实验[J];江西教育;1988年12期
9 李洪亮;李金鸿;李彦豪;方书起;陈俊英;刘利平;白净;;稻壳在水蒸气中气化实验研究[J];化工进展;2017年11期
10 ;云是怎样形成的[J];小星星(低年级版);2018年Z2期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 崔士文;;看不见的水蒸气——《水到哪去了》《雨的形成》教学案例[A];河北省教师教育学会2014年教学案例[C];2015年
2 白鹏;钱庆利;王红星;袁绍军;;水蒸气精馏流体力学和传质的实验研究[A];第三届全国传质与分离工程学术会议论文集[C];2002年
3 朱兴华;;水蒸气究竟有无颜色?[A];新世界中国教育发展论坛(第三卷)[C];2007年
4 王室元;;水蒸气迁移与冷库建筑[A];2011年全国冷冻冷藏行业与山东制冷空调行业年会暨绿色低碳新技术研讨会论文集[C];2011年
5 马宁;;干法工艺水蒸气流量、温度控制的改进[A];中国核科学技术进展报告——中国核学会2009年学术年会论文集(第一卷·第4册)[C];2009年
6 冯涛;杨焱;肖作兵;田怀香;陆戎文;;水蒸气蒸馏法制备食用菌中风味物质的工艺优化[A];中国食品科学技术学会第八届年会暨第六届东西方食品业高层论坛论文摘要集[C];2011年
7 刘吟;吴昭;邵兴伟;赵同林;马舒翼;;多香果果实挥发油水蒸气蒸馏法提取工艺的优化[A];第十届中国香料香精学术研讨会论文集[C];2014年
8 程万;罗喜胜;杨基明;;高超声速喷管中水蒸气凝结的数值研究[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年
9 许春平;刘远上;;水蒸气蒸馏和有机溶剂浸提怀地黄精油成分的对比分析[A];中国化学会第二届全国质谱分析学术报告会会议摘要集[C];2015年
10 刘业凤;马俊琳;周国梁;;聚光光伏光热驱动高温水蒸气电解制氢系统的设计[A];2013中国制冷学会学术年会论文集[C];2013年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 晓维;用水蒸气将微型卫星送入太空[N];大众科技报;2001年
2 记者王大军;水蒸气为农田消毒[N];人民日报;2003年
3 王大军;水蒸气也可为农田消毒[N];农民日报;2003年
4 华凌;欧航局发现谷神星上冒出水蒸气[N];科技日报;2014年
5 李欣 编译;气候变化——被遗忘的水蒸气[N];中国气象报;2010年
6 顾文豪;时间是变幻不定的水蒸气[N];中国经营报;2014年
7 记者 谢昭萍;甲醇水蒸气制氢显现成本优势[N];中国化工报;2007年
8 本报记者 李明靖;烟囱冒“白云” 原是水蒸气[N];衡阳日报;2010年
9 编译 万利铸;腈树脂的气体、水蒸气以及化学阻隔性质[N];中国包装报;2008年
10 刘秀荣;气候变化主因疑是水蒸气而非二氧化碳[N];新华每日电讯;2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 高宁博;高温过热水蒸气的制备及生物质高温气化重整制氢特性研究[D];大连理工大学;2009年
2 郭帅;流化床锅炉含水蒸气条件下石灰石脱硫反应机理研究[D];哈尔滨工业大学;2016年
3 徐朝芬;煤与生物质水蒸气共气化反应特性及机理研究[D];华中科技大学;2014年
4 张悦;过热水蒸气作冷却润滑剂的绿色切削相关技术研究[D];哈尔滨工业大学;2009年
5 张晓东;[D];浙江大学;2003年
6 王超;生物质快速热解制油工艺分析及油品改质实验研究[D];天津大学;2014年
7 冯宇;外热式生物质催化气化制氢的研究[D];华中科技大学;2011年
8 张南;水动力数值模拟系统(Hydroinfo)开发及应用研究[D];大连理工大学;2018年
9 涂三山;无单元法及其在阴极保护数值模拟中的应用研究[D];大连理工大学;2018年
10 Peter Robert Williams;星系的数值模拟[D];中国科学院研究生院(上海天文台);2004年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张燕;基于可调谐半导体激光器的水蒸气检测系统[D];山东大学;2012年
2 曾志伟;碱金属K对生物质水蒸气催化气化增强制氢特性影响研究[D];华中科技大学;2016年
3 李凡;添加剂对铝粉在高温水蒸气中燃烧特性的影响研究[D];安徽工业大学;2017年
4 范新冬;水蒸气非平衡凝结过程的试验与数值研究[D];中国科学技术大学;2017年
5 曹凌燕;生物质水蒸气催化重整制富氢合成气的催化剂制备及性能研究[D];北京化工大学;2011年
6 孙宁;木屑水蒸气催化气化制取富氢燃气研究[D];中国林业科学研究院;2017年
7 宋洋;兴和煤热解与甲烷水蒸气重整耦合过程研究[D];大连理工大学;2014年
8 赵建建;聚乳酸水蒸气阻隔性的研究[D];华东理工大学;2012年
9 蔡海燕;生物质水蒸气催化气化制备合成气研究[D];华中科技大学;2013年
10 杨占军;过热水蒸气供汽系统改进及难加工材料绿色切削试验研究[D];哈尔滨工业大学;2008年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026