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文檔簡介
1、生物油是一種具有廣泛應(yīng)用前景的可再生碳資源,較生物質(zhì)而言,它的能量密度更高且便于運(yùn)輸與存儲(chǔ)。但生物油是一種初級(jí)燃料,其品質(zhì)較差,具有粘度高、水分含量大、酸性強(qiáng)以及熱穩(wěn)定性差等特性,因而不能直接應(yīng)用于一些動(dòng)力設(shè)備,其應(yīng)用受到一定限制。在此背景下,將生物油氣化制備合成氣,再通過費(fèi)托合成等技術(shù)制取高品位液體燃料的路線得到了廣泛關(guān)注。然而,國內(nèi)在生物油氣化方面的研究還較少。因此,本文通過實(shí)驗(yàn)對(duì)生物油氣化作了較為全面的研究,研究內(nèi)容主要包括兩個(gè)方
2、面:一是生物油熱解氣化機(jī)理研究,二是不同條件下生物油氣化及氣體產(chǎn)物釋放特性的研究。
在生物油熱解氣化機(jī)理研究方面,本文采用熱重紅外聯(lián)用儀對(duì)生物油及其蒸餾組分進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。研究發(fā)現(xiàn),生物油的熱解過程可以大致分為兩段:一是低溫條件下小分子輕質(zhì)組分的快速揮發(fā),二是較高溫度時(shí)大分子重質(zhì)組分的緩慢裂解氣化,最后難裂解的物質(zhì)逐步縮合縮聚形成焦炭。升溫速率增加,碳?xì)堄辔锖繙p少。通過Coats-Redfem積分法計(jì)算了生物油及其蒸餾組
3、分的熱解氣化動(dòng)力學(xué)參數(shù),發(fā)現(xiàn)生物油在熱解低溫段活化能較高,說明輕質(zhì)組分揮發(fā)階段吸熱更多,耗能較大。隨著升溫速率增加,活化能減小,反應(yīng)更易進(jìn)行。同時(shí),由紅外光譜分析可知,在較低溫度時(shí)生物油及其蒸餾組分的熱解氣主要為易揮發(fā)的小分子有機(jī)物,如甲醇、乙酸、1-羥基-2-丙酮等,溫度升高,CO2、CH4、CO等小分子氣體產(chǎn)物才開始出現(xiàn),CO、CH4主要來自重質(zhì)組分的裂解。在研究氣化條件對(duì)生物油氣化及氣體產(chǎn)物的影響時(shí),實(shí)驗(yàn)采用固定床反應(yīng)裝置,首先研
4、究了在惰性氣體N2氣氛下生物油的熱解特性。研究結(jié)果顯示,載氣流量對(duì)生物油熱解氣化及氣體產(chǎn)物的影響較小。當(dāng)載氣流量為80mL/min時(shí)熱解氣化效果最佳。溫度升高,生物油熱解氣化效率及氣體產(chǎn)量增加,H2、CO含量上升。1000℃時(shí),H2與CO的總含量最大,約占熱解氣的90%。但熱解氣熱值隨溫度升高而降低。通過與輕質(zhì)、重質(zhì)組分的熱解氣化產(chǎn)物比較,發(fā)現(xiàn)生物油熱解氣中H2主要來自于輕質(zhì)組分的熱解,CO、CH4則主要由重質(zhì)組分深度裂解產(chǎn)生。另外,溫
5、度升高,生物油各組分間相互反應(yīng)減弱,使結(jié)焦減少,氣體產(chǎn)量增加。
由于氣化反應(yīng)大部分為吸熱反應(yīng),需要外部能量供應(yīng)充足,對(duì)設(shè)備規(guī)模的擴(kuò)大造成了一定困難。通過加入一定量氧氣,氧化部分氣體產(chǎn)物,可放出一定熱量,從而減少外部能源供應(yīng),逐步實(shí)現(xiàn)生物油氣化的自熱運(yùn)行?;诖四繕?biāo),本文研究了在氧氣氣氛下生物油的氣化特性。研究發(fā)現(xiàn),反應(yīng)停留時(shí)間主要由 N2流量決定,與O2流量關(guān)系較小,當(dāng)N2流量為80mL/min時(shí),合成氣中H2與CO產(chǎn)量有
6、最大值,且此時(shí)碳轉(zhuǎn)化率較高。在一定N2、 O2流量下,溫度升高,H2、 CO含量增加,CO2、CH4等氣體含量減少,H2含量在850℃后趨于穩(wěn)定。溫度更高時(shí),氧氣對(duì)生物油碳轉(zhuǎn)化率影響較小,卻使H2、CO產(chǎn)量減少較多,H2/CO比值降低,因而850℃為較佳氣化反應(yīng)溫度。850℃時(shí),氧碳比增加,氣體中H2、CO明顯減少,CO2顯著增加。當(dāng)O/C>0.68,H2/CO及CO、H2產(chǎn)量降幅增大。根據(jù)生物油氣化前后物質(zhì)質(zhì)量守恒,估算了此反應(yīng)吸放熱
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