生物質(zhì)流化床熱解氣相產(chǎn)物析出特性及反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、熱解技術(shù)是實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)清潔化利用的主要方式之一，可以將固體生物質(zhì)資源轉(zhuǎn)化為便于利用的可燃?xì)怏w、生物油和生物質(zhì)炭等清潔能源，應(yīng)用前景廣闊。目前對(duì)生物質(zhì)熱解技術(shù)的研究也取得了一定的成果，但仍缺乏對(duì)生物質(zhì)熱解過(guò)程氣相產(chǎn)物的析出特性和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)特性的系統(tǒng)研究。氣相產(chǎn)物反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和釋放特性分析，可以從理論上揭示熱解氣相產(chǎn)物釋放所遵循的基本原理。其研究?jī)?nèi)容是生物質(zhì)熱解制取清潔燃?xì)饧夹g(shù)研究不可或缺的部分，是生物質(zhì)熱解技術(shù)進(jìn)一步深入研究的基礎(chǔ)。研究生物質(zhì)

2、熱解轉(zhuǎn)化特性，分析熱解關(guān)鍵參數(shù)對(duì)氣相產(chǎn)物的影響規(guī)律;探索固體生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為氣相產(chǎn)物的演變過(guò)程和熱解反應(yīng)機(jī)理，建立反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型?？梢詾樯镔|(zhì)熱解轉(zhuǎn)化工程化應(yīng)用制取清潔燃?xì)馓峁├碚撝?，同時(shí)為熱解制取生物質(zhì)燃?xì)庑录夹g(shù)裝備的設(shè)計(jì)研發(fā)提供指導(dǎo)。
　　研究?jī)?yōu)化所采用流化床設(shè)備基本運(yùn)行參數(shù)，主要分析了熱解過(guò)程中流化床內(nèi)溫度、壓降參數(shù)變化，得出等溫?zé)峤膺^(guò)程溫度穩(wěn)定性誤差在0.16％以內(nèi)，床內(nèi)壓降在14500Pa左右，波動(dòng)量不超過(guò)881.3Pa，

3、流化床運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定。流化床高徑比和載氣流量等運(yùn)行參數(shù)研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，一定范圍內(nèi)，高徑比和載氣流量增加均有利于生物質(zhì)熱解反應(yīng)的發(fā)生。優(yōu)化后結(jié)果顯示流化床高徑比為0.32適合生物質(zhì)熱解反應(yīng)進(jìn)行，同時(shí)流化床載氣流量應(yīng)高于0.4L/min。
　　根據(jù)優(yōu)化得出的流化床運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行生物質(zhì)熱解實(shí)驗(yàn)，探索生物質(zhì)在等溫條件下熱解氣相產(chǎn)物析出特性和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。研究發(fā)現(xiàn)溫度變化對(duì)單一氣體的釋放順序和氣相產(chǎn)物中氣體組分分布均產(chǎn)生影響，不同溫度(600℃-8

4、00℃)下熱解氣體產(chǎn)物中CO2最先釋放，H2最后析出，隨溫度升高四種氣體產(chǎn)物的釋放先后順序更加明顯。溫度增加對(duì)不同氣體產(chǎn)物產(chǎn)量影響不同，隨溫度升高氣相產(chǎn)物中H2和CH4相對(duì)含量增加，CO含量先增加后略有減小而CO2含量先減小后略有增大，表明高溫有利于H2和CH4和CO的生成，而對(duì)CO2的生成具有一定阻礙。不同溫度下氣相產(chǎn)物中CO均占有最高相對(duì)含量，表明生物質(zhì)快速熱解主要產(chǎn)生CO。原料粒徑增大(0.15-1.00mm)氣相產(chǎn)物中CO、CH

5、4和H2的相對(duì)含量減小，CO2相對(duì)含量增大，變化量分別為5.6％、1.7％、1.8％和9.1％。生物質(zhì)等溫快速熱解過(guò)程，氧氣的參與延長(zhǎng)了氣體產(chǎn)物析出時(shí)間，熱解過(guò)程更多的反應(yīng)發(fā)生。熱解載氣中高氧濃度下，氣相產(chǎn)物中具有更高的CO2含量，而其它氣相產(chǎn)物含量有一定減小。
　　氣相產(chǎn)物析出動(dòng)力學(xué)研究發(fā)現(xiàn)生成四種氣體產(chǎn)物的反應(yīng)速率隨溫度升高而增大，并且受溫度影響H2反應(yīng)速率變化最為明顯。采用化學(xué)反應(yīng)級(jí)數(shù)模型描述氣相產(chǎn)物析出過(guò)程，可將其分為三個(gè)

6、階段，反應(yīng)階段Ⅱ?yàn)閯?dòng)力參數(shù)擬合求算階段。溫度升高生成CO2和CH4的反應(yīng)級(jí)數(shù)逐漸增大，分別從0.97增大到1.27和從0.88增大到1.25;生成H2和CO反應(yīng)級(jí)數(shù)變化規(guī)律不明顯，均在600℃下取得最小值，分別為1.10和0.97，在850℃下取得最大值，分別為1.38和1.31。生成H2產(chǎn)物的表觀活化能為18.9kJ/mol、生成CO產(chǎn)物的表觀活化能為12.05kJ/mol、生成CO2產(chǎn)物的表觀活化能為10.48kJ/mol、生成CH

7、4產(chǎn)物的表觀活化能為11.31kJ/mol。H2的表觀活化能數(shù)值最大表明H2最難生成。惰性氣體下生物質(zhì)在不同溫度下熱解氣相產(chǎn)物整體析出反應(yīng)級(jí)數(shù)在1.20-1.33之間，氧化熱解過(guò)程氣相產(chǎn)物整體析出反應(yīng)級(jí)數(shù)在0.94-1.11范圍內(nèi)，平均值分別為1.26和1.06。而惰性氣體和有氧環(huán)境下熱解氣相產(chǎn)物整體析出表觀活化能、頻率因子參數(shù)分別為16.74kJ/mol、4.24s-1和22.22kJ/mol、6.83s-1。氧氣的參與增加了熱解氣相