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生物质烘焙及气化模拟与优化开题报告

 2020-02-18 19:30:09  

1. 研究目的与意义(文献综述)

传统化石能源作为我国长期以来消耗的主要能源,在过去很长一段时期内支持了中国经济的快速发展。然而由于“资源节约型、环境友好型”社会概念出现以及2015年达成《巴黎协定》后,围绕可再生、清洁等为核心的新型能源开始广泛被人们所了解。其中,生物质能源因其绿色环保、燃烧充分、灰分低等特点,且相对于其他可再生能源是唯一的可以为所有能源部门(包括交通运输、电力、加热和制冷等行业)提供化石燃料替代方案的能源而备受关注。地球上的可以利用的生物质能资源非常丰富,据统计,地球上每年通过光合作用产生的生物有机质约有1700亿吨,这些生物质中所蕴含的能量是全球能源消耗总量的10~20倍,但全球对生物质能源的利用率甚至没有达到3%,且生物质原料中过多的水分往往会延迟热解反应、增加供热成本和破坏热解液化产物的稳定性。此外,生物质还具有亲水性强、氧含量高、能量密度低(约18mj/kg)、不易储存且产地分散等缺点,造成其在运输、储存以及作为能源利用的成本偏高,进而限制了生物质利用技术的进一步发展。

近年来,秸秆等生物质的热化学转化利用(气化、液化、共燃)取得了较大发展,但无论哪种利用方式都对原料含湿量有较高要求,长期存湿稻秆也容易引起发霉变质,因此在工业化利用之前必须对稻秆进行以干燥、烘焙为主的前期预处理。烘焙是在常压、隔绝氧气的情况下,反应温度介于200~300℃之间对生物质慢速热解过程。生物质经过烘焙预处理后,纤维结构遭到破坏,体积逐渐缩小,研磨性能得到改善,疏水性明显增强,避免了储存的过程中复吸水导致生物质霉变。烘焙改变了生物质内在结构,促进了热解的快速进行,有利于挥发分的析出。生物质气化是指生物质在高温(500~1400℃)作用下,热解气化生成含有 co、 ch4 和 h2 等可燃性气体,也含有一定量的 co2、 h2o、 n2 和其他烃类化合物。生物质气化发电要经过如下三个环节:

(1)生物质气化,经过加热干燥等其他预处理的生物质在高温环境下热解气化,产生可燃性气体;

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2. 研究的基本内容与方案

2.1基本内容及目标

本选题通过网络、书籍等查阅国内外相关文献,从技术方案设计入手,以获得最佳操作方案为目标,利用aspen plus流程模拟软件,建立生物质烘焙气化模型,并对建立的模型进行优化,降低生产所需耗能,对副产物进行回收再利用,通过数据对比,得到最优操作方案。

2.2拟采用的技术方案及措施

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3. 研究计划与安排

第1-3周:查阅相关文献资料,完成英文翻译。明确研究内容,了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案,并完成开题报告。

第4-7周:建立生物质烘焙及气化的aspen模型。

第7-10周:对建立的模型进行优化,降低生产所需的能耗,对副产物进行回收再利用。

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4. 参考文献(12篇以上)

[1] 饶雨舟,卢志民,简杰,et al. 生物质烘焙技术的研究和应用进展[j]. 化学与生物工程,2017(3).

[2] 刘志永.解决生物质燃料规模化利用新方法——生物质烘焙技术[j].资源节约与环保,2016(05):9-10.

[3] 常圣强,李望良,张晓宇,et al. 生物质气化发电技术研究进展[j]. 化工学报,2018,v.69(08):27-39.

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