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摘 要

生物质是一种储量丰富的环境友好型能源，在诸多的生物质应用技术中，热解是较为成功地实现了生物质能源有效利用的一种方式。本文通过对生物质热解技术的原理，优点和发生的化学反应和过程影响因素进行了简要介绍，选取了玉米芯，稻杆和褐煤作为实验原料，目的在于探究不同温度下和不同热解原料对热解产物析出特性和产物分布的影响，基于ASPEN PLUS 建立了一个适用于生物质和煤的通用热解模型，将模拟结论和相关文献进行对照分析。结论表明，随着热解温度的提高，生物质和煤的热解气的产率都提高，其中玉米芯的产气量最大，稻杆由于其挥发分较低，褐煤由于含有较多灰分，故产气量都不及玉米芯。热解半焦的热值总大于初始原料的热值，但随着温度的提高，热解半焦的热值下降，半焦产率也下降。当热解温度超过550℃，热解生物油的产率也随着温度的升高而降低。

关键词：生物质热解 ASPEN PLUS 数值模拟 热解温度

Biomass pyrolysis simulation and experimental research based on ASPEN PLUS platform

Abstract

Biomass is a bountiful and environment friendly energy resource, Among various biomass application technologies, pyrolysis is a successful way to realize efficient utilization of biomass energy. In this paper, the principle, advantages, chemical reactions and influencing factors of biomass pyrolysis process are briefly introduced. Corncob, straw stalk and lignite are selected as experimental materials. The target of this paper is to find the influence of different pyrolysis materials and different temperatures on the product characteristics and product distribution of pyrolysis products. Based on Aspen Plus A general pyrolysis model is suitable to biomass and coal was established, and the simulation results have been done comparative analysis with relevant papers. The results show that with the increase of pyrolysis temperature, the yield of pyrolysis gas of biomass and coal is increased, among which the gas production of corncob is the largest, the gas production of straw stalk is less than that of corncob because of its low volatile content and lignite because of its high ash content. The heat value of pyrolysis semi-coke is always greater than that of the initial raw material, but with the increase of temperature, the heat value of pyrolysis semi-coke decreases and the yield of Semi-coke also decreases. When the pyrolysis temperature is over 550 ℃, the yield of pyrolysis bio oil would reduce with the rise of temperature.

Key word: Biomass pyrolysis; ASPEN PLUS; Numerical simulation; Pyrolysis temperature

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章：绪论 1

1.1研究背景 1

1.1.1生物质发展现状 1

1.1.2生物质热解技术简介 2

1.2 ASPEN PLUS软件简要介绍 3

1.2.1 ASPEN PLUS发展概况 3

1.2.2 软件功能 3

1.3国内外ASPEN PLUS模拟热解研究现状 4

1.3.1 国外研究现状 4

1.3.2 国内研究现状 5

1.4本文研究内容 6

1.4.1设计基于ASPEN PLUS的生物质热解模型 6

第二章：生物质热解基础 7

2.1生物质热解的原理 7

2.2 生物质热解技术的特点 8

2.3 生物质热解过程的化学反应 11

2.4 生物质热解过程的影响因素 12

第三章：生物质热解模型的建立 15

3.1热解模型建立 15

3.1.1热解模型建立原理 15

3.1.2干燥单元模型 15

3.1.3热解单元模型 18

3.1.4冷凝分离单元模型 19

3.2热解模型参数的设置 20

3.2.1热解涉及的组分和物性方法的选择 20

3.2.2各模块参数设置 23

3.3 模拟实验组设置 24

第四章：模拟结果分析与展望 25

4.1模拟结果及分析 25

4.1.1热解气模拟结果 25

4.1.2热解焦油模拟结果 29

4.1.3 热解半焦模拟结果 32

4.2 展望 36

参考文献 37

致谢 40

第一章：绪论

1.1研究背景

1.1.1生物质发展现状

目前，我国经济已经从快速发展阶段逐步转向稳中求进阶段。但由于长期来，我国现存的经济发展体系过度依赖于传统的煤炭、石油、天然气。这种不可再生的发展方式和过度的排放，对气候和环境造成了毁灭性的破坏。因此，我国有关部门多次提出控制能源消费总量的目标，尤其是化石能源的消费总量，为了响应这一要求和目标，进行多种可再生能源的研究，并争取实现逐渐取代化石能源的消费地位，理所当然地成为了我们当前研究方向和未来实现经济可持续发展的动力^[1]。

生物质能作为除了煤、石油和天然气三大能源之外的，前景最好的一类能源，在世界能源利用中占有相当大的比例，生物质本身是一种低能量密度的燃料，但与化石燃料掺混使用或压缩为固体成型燃料单独使用，可以变成能量密度较高的燃料。同时，其也有其他的利用方式，包括微生物发酵（如制备甲醇）、制备燃料级乙醇、制备生物燃油等。也能进行生物质的热化学转化，即热解技术，有效利用生物质，以较高的效率地将生物质能转化为热能、化学原料以及可直接用于燃烧的燃料。从而取代许多传统化石能源，这就能在一定程度上解决能源不足的问题。且生物质燃烧过程中向大气排放的CO₂，在通过大气C循环后被绿植通过光合作用吸收，重新固定在新的生物质上。理论上保证了自然界中C总量保持平衡，即实现了能源利用时的对温室气体的“0排放”^[2]。

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