摘 要

生物质作为一种清洁无污染的可再生能源能源，便于运输，分布范围广，具有广阔的发展前景。生物质气化反应活性高，灰分少，硫氮含量低；最重要的是对环境造成的污染小，使用生物质作为燃料能够减少温室气体的排放，这对经济社会的可持续发展提供了保障。本文选取水生植物浮萍作为气化原料，首先运用HSC Chemistry软件对浮萍-水蒸汽气化进行模拟，从元素分析的角度给出参考，从而确定最佳的气化温度和气化剂流量。实验采用麦秆水热液相和花生杆水热液相作为气化剂，探究在不同气化剂的条件下，对浮萍气化产生的合成气的产率产量及热值的影响。实验结论表明浮萍气化所得的合成气以H₂为主；浮萍和麦秆水热液相气化时，200℃得到的水热液相是较为合适的制氢条件；浮萍和花生杆水热液相气化时，240℃得到的水热液相是较为理想的产氢气化剂。

关键词：生物质气化 浮萍 水生植物 麦秆水热液 花生杆水热液

Experimental study on biomass gasification characteristics

Abstract

As a kind of clean and pollution-free renewable energy, biomass is easy to transport, widely distributed and has a broad prospect for development. Biomass gasification reaction activity is high, and its ash content is little and sulfur nitrogen content is low; The most important thing is that it causes little pollution to the environment. Using biomass as fuel can reduce the emission of greenhouse gases, which provides a guarantee for the sustainable development of the economy and society. In this paper, aquatic plant duckweed was selected as the gasification raw material. Firstly, the duckweed -water vapor gasification was simulated with HSC Chemistry software, and the reference was given from the perspective of element analysis, so as to determine the optimal gasification temperature and gasifier flow rate. Hydrothermal liquid phase of wheat straw and hydrothermal liquid phase of peanut stalk were used as gasification agents to explore the yield, yield and calorific value of syngas produced by gasification of duckweed under different gasification agent conditions. The experimental results indicate that gasification syngas obtained is given priority to with H2, duckweed and straw hydrothermal liquid gasification, 200 ℃ have been the hot liquid water is relatively suitable hydrogen production conditions; Duckweed and peanut stalk hydrothermal liquid gasification, 240 ℃ of hydrothermal liquid is ideal to produce hydrogen, agents.

Key Words: Biomass gasification; Duckweed; Aquatic plant; Hydrothermal liquid phase of wheat straw; Hydrothermal liquid phase of peanut stalk

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1 可再生能源 1

1.2 生物质利用现状 1

1.2.1 水生植物的利用现状 2

1.2.2 秸秆的利用现状 2

1.3 生物质气化的应用 3

1.3.1 生物质气化的定义 3

1.3.2 气化剂种类 4

1.3.3 生物质气化技术研究现状 4

1.4 本文研究的内容与意义 6

第二章 HSC模拟 7

2.1 HSC软件简介 7

2.2 结果讨论 8

第三章 生物质气化实验 11

3.1 实验原料和条件 11

3.2 实验装置 12

3.3 实验方法 13

第四章 结果与讨论 16

4.1 实验数据 16

4.2 不同温度下的麦秆水热液相对浮萍气化性能的影响 16

4.3 不同温度下的花生杆水热液相对浮萍气化性能的影响 18

4.4 不同种类的生物质对浮萍气化特性影响分析 19

第五章 结论与展望 21

5.1 结论 21

5.2 展望 21

参考文献 23

致谢 26

第一章 绪 论

1.1 可再生能源

如今使用最普遍的化石能源正在被逐渐损耗，据资料显示，在目前地球上已开发的化石燃料中，石油供人类所使用的时间为40-50年左右，煤炭约为50-60年，天然气为200年左右^[1]。化石能源不可再生并且会对环境造成不可逆转的危害^[2],所以我们需要开发利用可再生能源。在可再生能源中，由于风能，水能，地热能等其他能源会受到地域条件的限制，或者会对生态环境造成一定的影响，因此大规模发展这些可再生能源有一定的局限性^[3-4]，相比之下，生物质是较为合适的可再生能源。生物质分布范围广泛，地域局限性小；易于运输，能够减少运输成本；生物质气化反应活性高，灰分少，硫氮含量低；最重要的是对环境造成的污染小，使用生物质作为燃料能够减少温室气体的排放，这对经济社会的可持续发展提供了保障。从表1-1可知，当把1吨水从10℃加热到43℃时，电的使用效率最高，但是使用成本约为生物质颗粒的4.6倍；生物质颗粒不仅使用成本低而且与轻柴油，天然气，传统煤相比利用率较高^[5]。我国生物质数量巨大，但是利用效率低，且废弃生物质占用极大的土地面积，而且多数生物质废弃物处理采用直接燃烧的方式，对环境造成了严重的污染。目前我们需要解决的问题就是对生物质进行合理利用，并且提高它的利用效率^[6]。

表1-1 节能对比（以每小时把1吨水从10℃加热到43℃需要吸收33112cal的能耗为例）

1.2 生物质利用现状

本实验采用水生植物浮萍作为气化原料，分别用麦秆和花生杆的水热液相作为气化剂。

1.2.1 水生植物的利用现状

目前对水生植物的利用较广，具体分为以下3种用途:

1. 作为农业肥料

水生植物中的氮、磷、钾及有机物的含量较高,是天然的绿色肥料。洪瑜等^[7]发现，与普通肥料相比，水生植物堆肥配施氮肥有利于增加水稻的穗粒数，从而能够增大水稻的产量并且相应的提高了氮肥的利用率。邓春芳等^[8]研究表明当水葫芦的发酵汁浓度为5%时，大白菜种子的发芽率最高。

1. 作为牲畜养殖的饲料

水生植物内还有丰富的蛋白质和氨基酸，可以作为牲畜的饲料。例如，有些漂浮在湖泊表面的水草可以直接作为水产养殖或者是鸭鹅的饲料，或者可以经过加工处理，增加水生植物中营养物质的含量，杨柳燕等^[9]以伊乐藻为例，发现水生植物经过固态发酵后，可以使其蛋白质的含量增加，最高可达39.88%。

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