摘 要

随着经济快速发展，化石资源可开采量不断减少，其不可再生性给人们带来了危机。开发环境友好型的可再生能源是当今世界的主要任务之一，而生物质能属于绿色能源，是一种新的能源形式，是一次能源的有效补充。本课题选用棉秆作为实验原料，不同生物质水热液（麦秆，花生秆）为气化剂。首先利用HSC Chemistry分析流量、温度对气化性能的影响，得出结论，900℃对于合成气的品质和产量来说是最佳反应温度，0.5mL/min是最佳气化剂流量。采用PFC高压反应釜对不同的生物质（麦秆，花生秆）进行水热碳化，收集不同温度下的各个水相。根据气化实验讨论水热液相对生物质气化特性的影响，分析合成气的产量、组分分布以及LHV，结果表明，160℃条件下麦秆水热液相是较为理想的制氢气化剂，240℃条件下花生秆水热液相最有利于富氢气体的生成，并从w(H₂)/w(CO)的角度得到了验证；从碳转化率的角度说明了花生秆水热液相更有利于棉秆气化。

关键词：生物质气化 棉秆 水热液相 HSC模拟

Study on the co-gasification of multi-component hydrothermal aqueous phase and biomass

Abstract

With the rapid development of economy, the recoverable amount of fossil resources is decreasing, and its non-renewable nature brings crisis to people. The development of environment-friendly renewable energy is one of the main tasks in today's world, and biomass energy belongs to green energy, which is a new form of energy and an effective supplement to primary energy.In this study, cotton stalk was selected as the experimental material, and hydrothermal fluid (wheat stalk, peanut stalk) of different biomass was used as gasifier.We first used HSC Chemistry to analysis the influence of flow and temperature on the gasification performance, came to the conclusion that 900 ℃ is best for syngas yield and quality of reaction temperature, 0.5 mL/min is the best flow gasification agent. Hydrothermal carbonization of different biomass (wheat straw, peanut stalk) was carried out in a PFC high pressure reactor, and the water phases at different temperatures were collected. According to the gasification experiment, the influence of hydrothermal liquid phase on the gasification characteristics of biomass was discussed. Mainly through the analysis of the production of syngas, component distribution, LHV, we draw the following conclusion, straw under the condition of 160 ℃ hot water liquid is ideal hydrogen inhibitor, peanut stalk under the condition of 240 ℃ hot water most favorable to the generation of hydrogen rich gas liquid phase.And we verified it from the perspective of w(H₂)/w(CO). The results show that the hydrothermal liquid phase of peanut stalk is more favorable for cotton stalk gasification.

Key Words: Biomass gasification; Cotton stalk; Hydrothermal liquid; HSC simulation

目 录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1 能源现状与发展 1

1.2 生物质能概述 2

1.2.1生物质能的定义 2

1.2.2生物质能的特性 3

1.2.3生物质能利用现状和发展趋势 3

1.3 生物质气化概述 4

1.3.1气化概念 4

1.3.2气化原料及气化剂 5

1.4国内外气化研究现状 6

1.5本文的研究思路和内容 7

第二章 HSC气化模拟 8

2.1软件介绍 8

2.2模拟计算方法 8

2.3气化性能计算结果讨论 9

2.3.1气化温度 9

2.3.2气化剂流量 10

第三章 多组分水热液相与生物质共气化实验 12

3.1实验条件 13

3.2实验装置介绍 13

3.2.1水热设备 13

3.2.2气化设备 14

3.2.3气体分析设备 14

3.3主要实验步骤与内容 15

3.3.1水热碳化过程 15

3.3.2气化实验流程 15

第四章 多组分水热液相与生物质气化特性研究 17

4.1气体成分测量数据处理 17

4.2气化实验数据结果分析 17

4.2.1不同温度下的麦秆水热液相对棉秆气化性能的影响 17

4.2.2 不同温度下的花生秆水热液相对棉秆气化性能的影响 19

4.2.3不同种类的生物质水热液相对棉秆气化特性影响分析 20

第五章 全文总结与展望 22

5.1总结 22

5.2展望 23

参考文献 24

致谢 27

第一章 绪论

1.1 能源现状与发展

自从19世纪到现在以来，化石能源已经真正的成为了代表人类文明进步重要基石，同时也是促进经济社会发展的重要力量源泉。但随着经济的快速发展，化石资源可开采量不断减少，它的不可再生性给人们带来了深深的危机感。另一方面，随着化石燃料的使用，许多的能源类问题也将随之而来，如矿物石油储量的枯竭、价格方面持续的不确定性、供应不安全以及环境污染等等问题。在化石能源的开采、提炼和使用的过程中，都会产生大量的粉尘以及有毒有害气体（S\N），导致酸雨、水污染等等的环境问题，严重影响人类的生产生活。不仅如此，全球气候不断变暖也与其息息相关，因为大量的温室气体如CO₂、CH₄等会在燃烧化学能源时大量产生。综上所述，开发环境友好型的可再生能源是当今世界的关键任务，也是目前全球各国都非常关心的话题^[1]。而可再生能源，顾名思义，它们不需要人为的参加即可实现循环与再生，例如潮汐能，地热能，太阳能，生物质能，风能和水能等等^[2]，这些都是绿色能源的范畴，其中的有害成分含量特别低，又可减少环境公害。不仅如此，相比于其他能源，生物质能来源十分广泛，因为其分布十分广泛，所以具有很高的利用潜能，并且可以作为工业原料，具有广阔的市场潜力。生物质能是一种新的能源形式，是一次能源的有效补充。

据统计，生物质能占世界能源消费的40%以上，而我国的生物质能利用率却不到1/10。我国的农业发展迅速，土地面积辽阔，但与之而来的环境问题也日益显著。在农村存在大量的农业废弃物^[3]因得不到妥当处理，如垃圾直接填埋等，而危害生态环境与平衡，且浪费了很多资源。因此目前我国正处于研究如何合理利用这些生物质，高效率的获得燃气、油料等产品或转化为电力等，利用这些地球免费提供的物质资料不仅可以节约能源，降低经济成本，更能减少环境污染，促进可持续发展^[4]。

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