论文总字数：24935字

摘 要

生物质化学链气化是生物质气化领域的一项突破性技术，该技术利用载氧体中的晶格氧来代替空气中的分子氧。本文选用天然赤铁矿作为载氧体、稻壳作为燃料，在5 kW_th化学链反应器中进行了热态实验。反应器由两个互相连接的鼓泡流化床组成。结果表明，将床料中载氧体的比例由40%提高至60%，可以有效提高碳转化效率和生物质气化比例。并且，随着燃料反应器的温度在800-900℃内逐渐升高，碳转化效率和生物质气化比例也会随之提高。当水蒸气和生物质的比率S/B=1.0、燃料反应器温度达到900℃时，碳转化效率高达95.9%。另外，随着水蒸气和生物质的比率在0.6-1.4范围内逐渐提高，碳转化效率逐渐增高，而生物质气化比例先增加后减少，存在一个最佳的水蒸气和生物质比率，使得生物质气化比例达到最大值。当反应温度为860℃时，这个最佳值S/B=1.0，此时生物质气化比例为65.2%。

关键词：化学链气化；生物质；载氧体

Abstract

Biomass gasification using chemical looping (BGCL) is an innovative biomass gasification technology which utilizes lattice oxygen from oxygen carrier instead of molecular oxygen from air. This work attempted to investigate the BGCL performance in a 5 kW_th reactor with natural hematite as oxygen carrier and rice husk as fuel. The prototype is composed of two interconnected bubbling fluidized beds. The results showed that raising the proportion of oxygen in solid inventory from 40% to 60% could enhance the carbon conversion efficiency and the biomass gasification portion effectively. Besides, the carbon conversion efficiency and the biomass gasification portion increased within the temperature range of 800-900℃. The carbon conversion efficiency reached 95.9% at the temperature of 900℃ when the steam-to-biomass ratio was 1.0. In addition, higher steam-to-biomass ratio resulted in higher carbon conversion efficiency. However, the biomass gasification portion reached the maximum of 65.2% at the optimal steam-to-biomass ratio of 1.0 when the temperature was 860 ℃.

Key words: chemical looping gasification; biomass; oxygen carrier

目 录

摘 要 I

Abstract I

第一章 绪论 1

1.1 全球气候变暖及其应对措施 1

1.1.1 温室效应 1

1.1.2 应对措施 3

1.2 化学链技术 4

1.2.1 化学链技术原理 4

1.2.2 国内外研究现状 5

1.2.3 反应器 5

1.2.4 载氧体 7

1.3 本文的研究目的和主要内容 7

第二章 实验 9

2.1 实验装置 9

2.1.1 反应器布局 9

2.1.2 颗粒循环和系统加热 9

2.1.3 测量 10

2.2 载氧体和燃料 10

2.3 数据处理 11

2.4 热力学分析 11

第三章 结果与讨论 13

3.1 床料中载氧体的比例对生物质化学链气化特性的影响 13

3.1.1 合成气组成和特性 13

3.1.2 气化特性 14

3.2 燃料反应器温度对生物质化学链气化特性的影响 15

3.2.1 合成气组成和特性 15

3.2.2 气化特性 17

3.3 水蒸气和生物质的比率对生物质化学链气化特性的影响 17

3.3.1 合成气组成和特性 17

3.3.2 气化特性 19

3.4 小结 19

第四章 总结与展望 21

参考文献： 22

致 谢 25

绪论

全球气候变暖及其应对措施

温室效应

能源是人类社会的重要保障，是经济发展的基石。但是由于化石燃料的大量燃烧，在全球范围内引发了如温室效应（Greenhouse Effect）等一系列的气候灾害现象。温室效应的概念于1824年由法国学者Joseph Fourier提出，主要是指地球大气对地球的保温作用，相当于将整个地球置于一个巨大的温室之中。温室效应的能量来源于太阳辐射。宇宙中的一切物体都在以电磁波的形式向外传递能量，这种传递能量的方式叫做辐射。温度越高的物体，辐射的波长越短。太阳表面的温度约为6000 K，发射的电磁波波长很短；地球的表面温度较低，发射的电磁波波长较长。地球大气层具有允许太阳短波辐射穿过、吸收地面长波辐射的特点，使得能量留在大气层内，形成了温室效应，如图1.1所示。

图1.1 温室效应原理示意图^[1]

温室气体的定义主要是依据1994年联合国提出的《气候变化框架公约》，该公约将大气中吸收和重新放出红外辐射的自然的和人为的气态成分定义为温室气体。作为《气候变化框架公约》的补充条款，1997年《京都议定书》规定了需要控制的温室气体种类，为：二氧化碳（）、甲烷（）、氧化亚氮（）、氢氟碳化合物（）、全氟碳化合物（）以及六氟化硫（）。其中二氧化碳、甲烷和氧化亚氮是最主要的温室气体。现代化工业社会大量使用化石燃料，燃烧后排放出大量的二氧化碳，是最主要的温室气体。甲烷又称沼气，是仅次于二氧化碳的重要温室气体，人类活动尤其是农业活动会排放一定的甲烷。氧化亚氮又称笑气，是由于吸入后会引发面部痉挛，如同发笑一般，在燃烧化石燃料和进行农业活动时都有一定的排放。如图1.2所示，在温室气体的组成中，二氧化碳含量最高，约占所有温室气体总量的65％，其次是甲烷和氧化亚氮，分别约占温室气体总量的17％和6.4％。而自十八世纪中叶以来，由于人类活动，大气中温室气体的含量大幅度提升，尤其是二氧化碳、甲烷和氧化亚氮，如图1.3所示。

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：24935字