太阳能辅助生物质气化装置的搭建及气化发酵制备生物燃料的流程模拟
太阳能辅助生物质气化发酵制备生物燃料结合太阳能、生物质能两种可再生能源，联合气化和微生物发酵两种工艺过程，可大大降低燃料生产过程的碳排放强度，对环境友好，有较好的应用前景。其基本过程为生物质在太阳能作为热源的气化设备内完成气化，产生的生物基合成气经冷却除焦后通过气体发酵生成乙醇，得到的发酵液经过精馏等进行处理提纯，获得符合产品要求的燃料乙醇。本论文以寻找合理的气化条件和过程核算为目的，利用Aspen软件进行了气化、发酵和精馏过程模拟，结合太阳能生物质气化实验，对过程进行了研究和物料衡算。 论文按研究内容分为三部分:第一部分利用Aspen Plus V8.4软件建立了一个生物质气化流程。并比较了三种气化剂对气化产物的影响。结果显示以O2作气化剂时合成气(CO+H2)产量最多为53.78kg/h，O2-水蒸汽作为气化剂时为39.25kg/h，而以空气作为气化剂时为47.8kg/h。对应的气化剂用量分别为O2/B=0.45;O2/B=0.4，S/B=0.2;ER=0.15，模拟结果与文献值较吻合。 第二部分搭建了一个太阳能气化实验系统，探究了气速对反应器温度场的影响，确定了最适生物质用量为120g/h。系统采用间歇进料和两步法进行生物质气化，最终所得合成气组成（除去N2后）中H2占比31.2％，CO为44.8％，CO2为24％;与模拟值相比CO和CO2的误差在6％，而H2为13％。在模拟与实验基础上建立了一个日处理量10t的太阳能生物质气化流程，其能量转化率为35.7％。 第三部分依托文献利用Aspen Plus V8.4建立了一个合成气乙醇发酵简单计算模型和一个严格计算模型，将严格计算模型与传统生物质发酵进行了比较。在生物质日处理量10t的条件下对整个太阳能生物质气化发酵流程进行了物料衡算和能量汇总。通过计算，每吨生物质可以产生233kg乙醇，过程较传统发酵过程减少了用水量，在相同生物质用量条件下，本模型较传统乙醇发酵过程产量高58％左右，同时设备能耗节约了43.5％，能量转化率为35.8％。
生物燃料;气化发酵;生物质气化装置;太阳能辅助
北京化工大学
硕士
生物工程
张会丽;王斌
2021
中文
TQ517.2
2021-09-06（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）