以CFD耦合反應動力學模擬生質物於氣泡式流化床反應器之快速熱裂解

Abstract

"本論文以計算流體力學(Computational Fluid Dynamics, CFD) 歐拉多相流模擬(Eulerian multiphase simulation)氣泡式流體化床中的生質物快速熱裂解行為，並採用了顆粒動力學理論(Kinetic theory of granular flows, KTGF)考慮固體相、Miller and Bellan (1997)反應動力學模型考慮生質物三成分(纖維素、半纖維素、木質部)的二階段熱裂解反應。研究分別採用3相模型(混合氣相、床質相、生質物相)與4相模型(混合氣相、床質相、生質物相、焦炭相)進行多相流模擬。當氣體流速為0.36 m/s，3相模擬、4相模型、實驗(Xue et al. 2012)的生質油、合成氣和焦炭的質量產率分別為70.8%、16.1%、13.1%；70.7%、16.2%、13.1%；71.7±1.4%、20.5±1.3%、13.5±1.5%，產率模擬結果得到實驗的驗證。細部模擬結果分析，發現現有系統設計有尚未轉化的活化木質素離開反應器，且二次熱裂解於空床區持續發生將生成的生質油裂解為合成氣，導致生質油產率無法再提升。 本研究為了提高生質油產率，嘗試透過改變底部進氣流速改變滯留時間、反應器上半部溫度增加活化木質素一次裂解、或加入螺旋導板增加活化木質素滯留時間。結果顯示，加入螺旋導板、底部進氣流速為0.56 m/s時，生質油的產率提高至75.4%，可較原有操作時的生質油產率提升6.6%。 "