生物質(zhì)催化熱解及半焦氣化特性實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、生物質(zhì)是被廣泛認(rèn)可的環(huán)境友好型可再生能源,氣化技術(shù)則是其最有效的能源轉(zhuǎn)化方式之一,它能有效的將固體能源轉(zhuǎn)換成可利用的氣態(tài)合成氣。大量研究表明,生物質(zhì)氣化過程主要包括低溫下的揮發(fā)分析出熱解階段和高溫下的半焦氣化過程。因此,本文基于熱解過程和焦氣化活性,對(duì)生物質(zhì)的氣化特性機(jī)制進(jìn)行了深入、系統(tǒng)的研究。
　　為深入了解生物質(zhì)在氣化過程不同階段的反應(yīng)特點(diǎn),本文選取典型農(nóng)業(yè)秸稈(稻桿、棉桿和油菜桿)和林業(yè)廢棄物(木屑)為研究對(duì)象,在熱重實(shí)驗(yàn)臺(tái)

2、上進(jìn)行了生物質(zhì)的水蒸氣熱解氣化實(shí)驗(yàn)研究,分析了水蒸氣分壓、樣品種類、原料粒徑和催化劑類型等因素對(duì)生物質(zhì)氣化過程的影響,實(shí)驗(yàn)表明:相比純氮?dú)鉄峤膺^程,水蒸氣氣化過程在低溫段與熱解過程基本相同,但在高溫階段出現(xiàn)半焦氣化過程,其中熱解過程適用于均相反應(yīng)模型,而收縮核模型則能較好的描述半焦氣化過程;半焦氣化過程隨水蒸氣分壓提高,氣化反應(yīng)相對(duì)速率提高、活化能降低;四種生物質(zhì)原樣的水蒸氣氣化失重過程類似,由于原料本身物化特性差異,使得它們的氣化特性

3、參數(shù)不同,其中棉桿氣化程度ψ最大(96.07％),木屑次之,稻桿最低;粒徑1.00～1.68 mm顆粒與0.450～1.000 mm粒徑氣化特性差別較大,隨粒徑減小,失重過程更為明顯,氣化程度加強(qiáng)、活化能降低,但當(dāng)顆粒尺寸小于1 mm后,粒徑對(duì)物質(zhì)氣化過程影響不明顯。
　　為進(jìn)一步探究熱解過程和焦活性對(duì)生物質(zhì)氣化的影響機(jī)制,建立了生物質(zhì)連續(xù)給料固定床熱解實(shí)驗(yàn)裝置,并進(jìn)行了不同樣品種類和熱解反應(yīng)溫度的生物質(zhì)熱解實(shí)驗(yàn),利用相關(guān)分析儀器

4、對(duì)熱解氣、液、固三態(tài)產(chǎn)物的物化特性進(jìn)行全面分析,以揭示生物質(zhì)熱解機(jī)制。而后,利用熱重分析儀(TGA)對(duì)熱解半焦進(jìn)行了氣化實(shí)驗(yàn),探討了樣品種類、制焦溫度和氣化介質(zhì)對(duì)半焦氣化過程的影響,研究表明:隨熱解溫度升高,氣態(tài)不凝氣產(chǎn)量升高,H2、CH4、CO等可燃?xì)獗戎卦黾?液態(tài)生物油由小分子乙酸轉(zhuǎn)化成蒽、茚等芳香族化合物;固態(tài)半焦呈下降趨勢,其含量官能團(tuán)數(shù)量明顯減少,揮發(fā)分和氧含量明顯降低,碳含量顯著提高;熱解半焦氣化過程主要是固定碳與氣化介質(zhì)的

5、反應(yīng)過程,隨制焦溫度提高其氣化反應(yīng)速率RS減小,氣化活性降低,并且水蒸氣氣化半焦的失重量、失重率、氣化活性都明顯高于CO2氣化。基于三態(tài)產(chǎn)物物化特性,本實(shí)驗(yàn)認(rèn)為900℃時(shí)生物質(zhì)熱解過程已基本結(jié)束。
　　在總結(jié)常規(guī)熱解氣態(tài)產(chǎn)物分布特點(diǎn)的基礎(chǔ)上,開展了700℃和900℃的四種生物質(zhì)原樣的催化熱解實(shí)驗(yàn)。重點(diǎn)考察催化劑種類(石灰石、氧化鋁、氧化鎂和氧化鐵)對(duì)熱解氣中H2和CH4產(chǎn)率的調(diào)控,以及催化劑對(duì)半焦二氧化碳?xì)饣钚缘挠绊?實(shí)驗(yàn)研究顯