对于气化生物质化学链气化制氢工厂模拟和优化如何写

摘要：生物质是一种具有良好减排效益、社会效益和经济效益的可再生能源；氢能既是一种需求量很大的工业原料,也是一种高效、清洁的二次能源。以生物质为原料的化学链气化制氢技术能够在获得富氢气体的同时,还可以富集C02,是一种高效洁净的生物质能转化方式。由于生物质的来源及其物理化学特性的特殊性,生物质的收集、运输等物流历程以及能量转化历程对生物质的利用具有重大影响。本论文针对生物质化学链气化制氢工厂(以下简称“工厂”),运用数学建模、离散事件建模软件EXTEND SIM和化工流程模拟工具ASPEN PLUS等方式,建立了工厂的原料收集、运输和工厂内生物质转化历程模型,以而对工厂进行全面的模拟,并对燃料物流和厂内化工历程进行了优化。首先,物流历程主要由生物质产地运输至收购站(储料站)的初级物流模型和收购站运输至工厂的次级物流模型组成。初级物流模型在前人工作的基础上,通过建立“产地-收购站-工厂”和“产地-工厂”并存的物流方式,对每个收购站和工厂储料站构建正方形收集子区域的策略概算出初级物流历程的收集成本和历程碳排放。次级物流和生物质厂内物流运用EXTEND SIM软件对货车和设备进行离散事件仿真模拟,考虑了物流历程中不同生物质含水率的不同处理,以车次平均耗时、设备利用率和平均等待时间等参数考察物流状态,计算出次级物流历程的成本消耗和历程碳排放。本论文还对制氢工厂的原料石灰石和附属产物灰渣的物流历程进行了计算。其次,运用ASPEN PLUS软件对工厂进行了化工历程模拟。依据生物质化学链气化历程的特点,在快速热解试验探讨的基础上建立了热解历程模型,并基于Gibbs自由能最小化原理模拟气化炉及燃烧炉的反应历程,同时依据系统热平衡要求,确定在气化炉和燃烧炉中的分级转化份额。另外,基于ASPEN软件建立了包括空分、燃气轮机、余热锅炉、蒸汽轮机等在内的其它历程的计算模型。最后利用所建物流和历程模型对2300t/d生物质处理量的化学链气化制氢案例工厂作了模拟与浅析。对货车、取样台、称重站和卸载机等的数量变化对物流性能的影响进行了敏感性浅析。针对生物质物流工作具有季节性的特点,得到了农闲时的最优物流成本和碳排放以及农忙时的最大收购量。考察了压力、温度、[Ca]/[C]和[H20]/[C]摩尔比对氢气浓度、产量、碳酸化反应率、碳酸钙煅烧率和双炉联动的影响,并优化了系统及其参数条件。优化后的生物质制氢工厂氢气产量为210t/d,供电量37.5MW,系统CO2排放量161.2t/h,制氢效率为70.3%,论述能量转化效率为7

4.9%。关键词：生物质论文化学链气化论文制氢论文物流论文历程模拟论文优化论文

致谢6-7

摘要7-8

Abstract8-10

图目录10-12

表目录12-13

符号表13-15

目次15-18

1 绪论18-34

1.1 课题探讨背景18-27

1.1.1 能源近况18-21

1.1.2 国内外生物质能政策21-22

1.1.3 生物质气化制氢技术22-27

1.2 生物质特性及其不足27-32

1.2.1 生物质的物理、化学特性27-28

1.2.2 生物质分布分散28-29

1.2.3 水分含量高29-31

1.2.4 生物质能利用中的不足31-32

1.3 本论文探讨内容与策略32-34

2 探讨近况综述34-44

2.1 生物质物流探讨近况34-39

2.1.1 生物质收集历程34-35

2.1.2 生物质运输历程35-37

2.1.3 厂内物流历程37-38

2.1.4 EXTEND SIM38-39

2.2 生物质化学链制氢探讨近况39-43

2.2.1 数值模拟探讨39-41

2.2.2 ASPEN PLUS41

2.2.3 试验探讨41-43

2.3 本章小结43-44

3 生物质燃料物流模型44-56

3.1 引言44-45

3.2 初级物流历程45-47

3.2.1 模型检测设45

3.2.2 初级运输数学模型45-47

3.3 次级物流历程47-53

3.3.1 模型概述47-48

3.3.2 模型检测设48-49

3.3.3 模型参数49-51

3.3.4 边界条件的确定51-52

3.3.5 次级运输成本和碳排放量52

3.3.6 次级运输EXTEND SIM模型52-53

3.4 其他成本和碳排放53-55

3.4.1 其他运输历程53-54

3.4.2 其他成本和碳排放54-55

3.5 本章小结55-56

4 化学链气化制氢历程模型56-68

4.1 生物质化学链气化制氢介绍56-57

4.2 化学链气化制氢单元模型的建立57-64

4.2.1 气化机理57-58

4.2.2 ASPEN模型的建立58-60

4.2.3 快速热解实验仪器60-62

4.2.4 快速热解实验与压力温度修正62-63

4.2.5 模型的验证63-64

4.3 其它历程的模拟64-67

4.3.1 燃气轮机建模64-65

4.3.2 深冷空分建模65-67

4.4 本章小结67-68

5 2300t/d生物质化学链制氢工厂的模拟及优化68-96

5.1 2300t/d生物质化学链制氢工厂概况68-69

5.2 物流历程的模拟69-81

5.2.1 初级运输历程69

5.2.2 次级运输历程69-77

5.2.3 石灰石、灰渣运输历程77

5.2.4 其他物流历程与优化77-80

5.2.5 物流历程总结80-81

5.3 化学链气化制氢工艺的模拟81-93

5.3.1 压力的影响82-83

5.3.2 温度的影响83-84

5.3.3 [Ca]/[C]的影响84-86

5.3.4 [H_2O]/[C]的影响86-87

5.3.5 线性敏感性浅析87-88

5.3.6 化学链气化历程的优化88

5.3.7 整体性能计算88-93

5.4 本章小结93-96

6 全文总结与展望96-100

6.1 本论文总结96-97

6.2 主要革新97-98

6.3 工作展望98-100