管式爐生物質(zhì)熱解氣化過程N遷移實驗研究.pdf

1、化石能源的日益枯竭及環(huán)境保護的嚴峻形勢，使生物質(zhì)能作為一種重要的可再生能源引起社會各界的廣泛關注，生物質(zhì)熱化學轉(zhuǎn)化過程中燃料N的遷移、轉(zhuǎn)化研究也正方興未艾。但由于現(xiàn)有的分析測試手段尚無法從分子水平對生物質(zhì)N結(jié)構(gòu)進行定性、定量分析，所以大多學者采用間接方法來研究燃料N的遷移與轉(zhuǎn)化，比如通過選取含N模型化合物、改變反應條件來研究熱解/氣化過程中含N污染物的生成規(guī)律，但基于生物質(zhì)原料特性對燃料N轉(zhuǎn)化影響的研究還較少報道。并且，一些具有較高利用

2、價值的高N含量的工業(yè)類生物質(zhì)廢棄物，還未引起人們足夠的重視，其熱化學轉(zhuǎn)化過程中N的遷移轉(zhuǎn)化特性的研究尚不多見。
　　為彌補上述研究的不足，本文選取高、中、低三種N含量生物質(zhì)（砂光粉SGF、麥稈MG、松木SM）進行了固定床熱解/氣化實驗，考察了反應溫度、反應氣氛(CO2、Ar、CO2+H2O)、原料等因素對生物質(zhì)熱解氣/化過程中燃料N在氣、液、固三相產(chǎn)物中分配的影響，并通過對原料N物種的XPS表征、N含量分析等手段探討了其遷移與轉(zhuǎn)化

3、行為，得出的主要結(jié)論如下:
　　1)針對生物質(zhì)熱解/氣化含N污染物釋放，本文考察的主要影響因素有溫度、氣氛和生物質(zhì)種類。溫度的影響:在550-950℃溫度范圍內(nèi)，提高反應溫度均使HCN和NH3的生成量增加，但當反應溫度為550-800℃時，提高溫度對HCN的生成影響不大，HCN生成量在850-950℃時增長幅度變得顯著。與HCN不同，當反應溫度大于550℃時NH3生成量一直保持較快的增長趨勢;
　　2)氣氛的影響:在相同溫度

4、、同種生物質(zhì)樣品的條件下，CO2、Ar、CO2+H2O氣氛對HCN和NH3生成量的影響各不相同。550-850℃時改變反應氣氛對HCN、NH3的生成影響不明顯;在850-900℃溫度段及CO2+H2O氣氛下，NH3的生成量呈現(xiàn)持續(xù)快速增加的趨勢，而在CO2和Ar氣氛下，NH3的生成量在900℃達到最高值后略有下降。H2O的加入促進了燃料N向NH3的轉(zhuǎn)化，但對HCN卻沒有明顯的影響;
　　3)生物質(zhì)樣品種類的影響:在相同溫度、同種氣

5、氛的條件下，生物質(zhì)樣品種類的不同對HCN和NH3生成的影響比較復雜。通過對比3種生物質(zhì)HCN/NH3比值發(fā)現(xiàn)，MG的燃料N較SGF和SM更傾向于生成HCN，SGF和SM則生成較多的NH3。SGF原料中由于存在較多的脲醛樹脂類添加劑，所以在熱解/氣化過程中產(chǎn)生NH3的百分含量明顯高于MG和SM。
　　4)3種生物質(zhì)原料在熱解/氣化過程中燃料N釋放的容易程度:SGF＞MG＞SM。SGF原料N由脲醛樹脂所含胺基N及木材自身含有的N組成，

6、其中脲醛樹脂N占絕大多數(shù)。含N添加劑的熱穩(wěn)定性差，在熱解過程中大量釋放，這是導致其燃料N容易釋放的主要原因;SM由于自身N含量很低(0.07％)，其燃料N釋放相對普通生物質(zhì)困難;XPS分析表明，在Ar氣氛下及750和900℃時，MG和SGF半焦N中的胺基N百分含量較原料降低，吡啶N百分含量升高;SM的胺基N百分含量較原料升高，吡咯N百分含量降低。熱解/氣化過程中SM生物質(zhì)原料N結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化規(guī)律與MG和SGF不同，可能與其獨特的生物質(zhì)結(jié)構(gòu)有關

7、。
　　5)N在氣、固、液三相中的分布規(guī)律:3種生物質(zhì)原料在熱解/氣化過程中，氣相N的生成比例均隨著溫度的升高而增加;固相N的生成比例均隨著溫度的升高而減少;當溫度從550℃升高到950℃及在3種氣氛下，MG的氣相N百分含量從0.9％-3.2％增長到16.7％-41.4％，固相N百分含量從35.5％-49.3％減少到7.4％-22.9％; SGF的氣相N百分含量從16.4％-16.7％增長到47.3％-59.3％，固相N百分含量從