生物質(zhì)氣化焦油還原NO的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、生物質(zhì)氣化是一種主要的生物質(zhì)能利用方式，但是在氣化過程中產(chǎn)生的焦油給生物質(zhì)氣化技術(shù)應(yīng)用帶來(lái)了一些問題。由于焦油凝結(jié)、形成煙霧、聚合成更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，造成生物質(zhì)氣化氣輸送管道的堵塞，損害內(nèi)燃機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)，因而焦油成為限制生物質(zhì)氣化技術(shù)應(yīng)用的瓶頸。雖然學(xué)者們對(duì)脫除焦油做了大量研究工作，但是目前還缺少高效、經(jīng)濟(jì)的脫除焦油的成熟技術(shù)，從而限制了生物質(zhì)氣化技術(shù)商業(yè)化應(yīng)用。由于焦油氧化可以轉(zhuǎn)化為C1-2烴類物質(zhì)，這些烴類物質(zhì)具有還原NO的能力，所以本

2、文提出采用含焦油的生物質(zhì)氣化再燃還原燃煤鍋爐NO這一技術(shù)路線，不需要脫除焦油，以便使焦油得到資源化綜合利用，并對(duì)生物質(zhì)氣化焦油還原NO、含焦油的生物質(zhì)氣化再燃開展基礎(chǔ)研究，所得到的研究成果對(duì)含焦油的生物質(zhì)氣化再燃技術(shù)工程應(yīng)用有指導(dǎo)作用。 由于焦油組分很多，所以本文選取典型的焦油模型化合物開展研究。本文采用熱重-質(zhì)譜聯(lián)用儀，對(duì)生物質(zhì)熱解、氣化焦油組分進(jìn)行了分析。分析結(jié)果表明，苯、甲苯、苯乙烯和苯酚均有明顯的累積離子流峰面積，是生物

3、質(zhì)焦油的主要組分，涵蓋了初級(jí)、二級(jí)和三級(jí)焦油產(chǎn)物，所以選取苯、甲苯、苯乙烯和苯酚作為典型的生物質(zhì)焦油的模型化合物。 為了揭示焦油還原NO的內(nèi)在機(jī)理，本文對(duì)一種典型焦油模型化合物還原NO的化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)機(jī)理模型進(jìn)行了研究?；诮褂脱趸呀馍苫瘜W(xué)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的烴類與非烴類分子、自由基，然后通過這些中間產(chǎn)物還原NO的反應(yīng)機(jī)理，以甲苯作為代表性的焦油模型化合物，開展了甲苯還原NO的化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)機(jī)理模型的研究。提出了簡(jiǎn)單烴類和非烴類混合物

4、還原NO的簡(jiǎn)單烴類與非烴類混合物還原NO的NRMF機(jī)理模型和甲苯還原NO的NRT機(jī)理模型，其中NRT機(jī)理模型是在NRMF機(jī)理模型的基礎(chǔ)上加入甲苯氧化裂解反應(yīng)步驟后得到的。通過實(shí)驗(yàn)對(duì)NRMF和NRT機(jī)理模型的驗(yàn)證，以及機(jī)理分析，得出以下結(jié)論：在焦油還原NO的過程中，焦油趨向于生成含C≡C鍵的HCCO和C2H自由基中間產(chǎn)物，這兩種自由基還原NO的反應(yīng)活性比CHi(i=1，2，3)自由基高，對(duì)還原NO的作用比CHi自由基更重要。 本文

5、對(duì)所選取的苯、甲苯、苯乙烯和苯酚等典型焦油模型化合物還原NO開展了實(shí)驗(yàn)研究，分析各焦油組分還原NO的特性。得出以下結(jié)論：表征燃料與氧量濃度比率的當(dāng)量比φ和溫度是決定NO還原效率的主要因素。具有取代基的甲苯、苯乙烯、苯酚還原NO的效率比苯高，而且含烴基取代基的甲苯、苯乙烯還原NO的效率甚至可以超過乙炔。工程實(shí)際在利用焦油還原NO時(shí)，可以使生物質(zhì)氣化多生成含烴基取代基的焦油。這四種典型的焦油模型化合物同時(shí)還原NO時(shí)，隨著氧量減少，在900-

6、1100℃時(shí)NO還原效率單調(diào)增加，在1300、1400℃時(shí)NO還原效率單調(diào)降低，在1200℃時(shí)，為過渡階段。 由于焦油是混合在生物質(zhì)氣化氣中的，因此本文開展了含焦油的生物質(zhì)氣化再燃特性的實(shí)驗(yàn)研究，得出以下結(jié)論：在含焦油后，生物質(zhì)氣化氣還原NO的效率明顯地比不含焦油時(shí)有所提高；當(dāng)量比Φ和溫度是影響含焦油的生物質(zhì)氣化再燃的重要因素，工程實(shí)際中應(yīng)控制再燃區(qū)有適當(dāng)?shù)难鯕鉂舛?，控制焦油聚合、甚至生成碳黑，以便?shí)現(xiàn)含焦油的生物質(zhì)氣化再燃還原