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基于固体吸附剂的气化合成气co2净化过程研究

基于固体吸附剂的气化合成气CO2净化过程研究

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作者：张梓珊东北电力大学

学位级别：硕士

在目前全球能源背景下,由于不可再生能源的消耗日益严重,化石能源变得短缺匮乏。生物质能源具有绿色低碳,污染少成本低,碳中性和可再生性的优点,所以被渐被人们在生产工业上广泛使用。由于我国是农业大国,所以玉米秸秆这种农业废弃物作... 详细信息

在目前全球能源背景下,由于不可再生能源的消耗日益严重,化石能源变得短缺匮乏。生物质能源具有绿色低碳,污染少成本低,碳中性和可再生性的优点,所以被渐被人们在生产工业上广泛使用。由于我国是农业大国,所以玉米秸秆这种农业废弃物作为生物质进行处理进行利用的前景相当可观。另一方面,由于化石燃料的使用排放出的大量二氧化碳导致温室效应严重加剧,习总书记在联合国大会上表示:“二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和”,所以碳捕集利用及封存技术在此背景下备受关住。本文基于欧拉-拉格朗日模型下的CPFD算法,以玉米秸秆为生物质原料,砂粒和固体吸附剂为床料,对生物质在流化床反应模型内进行气化以及碳中和过程进行研究,为生物质进行气化以及净化烟气提供理论参考。首先将二元床料放入反应器内并对其气固两相流及颗粒状态过程进行可靠性分析。由于流化状态和混合程度对后续的气化和吸附反应具有很大的影响,主要探究在不同的吸附剂颗粒粒径,密度及不同的流化风速下,对二元床料的流化状态和混和程度的影响。最终选择了颗粒粒径0.36 mm,密度为3000 kg/m3为工程上选取合适的颗粒条件进行参考。其次对流化床内生物质气化过程模拟及动力学反应模型,流化风速和温度等影响因素对气固流动及传热过程的影响进行分析。先对挥发分析出过程也就是热解过程进行分析讨论,将生物质放入无气化剂反应器进行热解反应,包括热解模型的准确性验证和在不同温度和流化风速下对整个过程的气固流动的影响及热解气体组分和生成生物油的影响的探究。然后进行挥发分各组分氧化还原反应也就是气化过程进行分析,包括气化模型的选择和在不同反应温度和流化风速下对反应器内气化产物合成气组分占比及重要数值H2/co和co/co2的影响。为工程上在选取生物质气化过程中调整温度或风速进行有益参考。最后将钙基固体吸附剂原位添加对流化床内传热传质过程进行分析,探究了钙基吸附模型的添加对反应器内温度的影响及在不同反应温度和不同吸附剂添加量下,对反应器内脱碳效率及对生物质气化得到的产物的影响。最终发现在850 K时,吸附剂与生物质质量比比值1/4的情况下捕集效率较高,气化合成气质量较好。为净化合成气中co2和制备富氢气体进行有益参考。

关键词：净化co2 生物质气化欧拉-拉格朗日模型数值模拟

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