CH4-CO2重整與生物質(zhì)熱解耦合試驗(yàn)研究及優(yōu)化.pdf

1、通過(guò)熱解來(lái)制取生物質(zhì)液體燃料是對(duì)生物質(zhì)利用方式中最具有產(chǎn)業(yè)化發(fā)展前景的技術(shù)之一，已成為目前各國(guó)研究者關(guān)注的焦點(diǎn)。但生物質(zhì)化學(xué)結(jié)構(gòu)中含氧官能團(tuán)豐富，是缺氫多氧物質(zhì)，導(dǎo)致其熱解液化焦油產(chǎn)率低、含氧量高，制約了生物質(zhì)焦油的應(yīng)用。生物質(zhì)加氫熱解是利用外部氫與熱解產(chǎn)生的自由基結(jié)合以增加自由基的穩(wěn)定性，從而減少自由基之間的聚合，不但提高了生物質(zhì)油的產(chǎn)率還提升了生物質(zhì)油的熱值，但氫源的昂貴價(jià)格使得這一工藝的工業(yè)化實(shí)現(xiàn)有較大的經(jīng)濟(jì)成本阻力。CH4/CO

2、2重整能夠產(chǎn)生活性氫原子，CO2是最大宗的溫室氣體，CH4是天然氣和焦?fàn)t氣的主要成分，通過(guò)將這兩種氣體的重整后作為熱解氣氛不僅成本低且環(huán)保。因此本論文在自行搭建的管式爐熱解試驗(yàn)系統(tǒng)上，以提高生物質(zhì)油產(chǎn)率和熱值為目標(biāo)，研究以CH4/CO2重整反應(yīng)的產(chǎn)物作為熱解反應(yīng)氣氛，對(duì)不同反應(yīng)條件下生物質(zhì)熱解油產(chǎn)率進(jìn)行考察，并利用 Design-Expert軟件中Box-Behnken Design(BBD)設(shè)計(jì)模塊的優(yōu)化方案功能確定最佳運(yùn)行工況，并通

3、過(guò)試驗(yàn)給予驗(yàn)證。
　　在自行搭建的管式爐上考察了 CO2和 CH4/CO2重整氣氛下稻殼和玉米秸稈的熱解過(guò)程，結(jié)果表明：CH4/CO2重整與生物質(zhì)熱解過(guò)程相結(jié)合可以提高生物質(zhì)油的產(chǎn)率，稻殼和玉米秸稈呈現(xiàn)相同的趨勢(shì)，生物質(zhì)油產(chǎn)率均高于CO2氣氛；CH4/CO2重整氣氛下熱解水的產(chǎn)率也明顯高于 CO2氣氛。針對(duì)影響生物質(zhì)熱解油產(chǎn)率的影響因素，探究了氣氛、終溫、升溫速率以及停留時(shí)間等因素對(duì)生物質(zhì)油產(chǎn)率的影響，以確定最佳的反應(yīng)條件，結(jié)果表

4、明：生物質(zhì)熱解焦油產(chǎn)率隨溫度的升高呈先增大后減少的趨勢(shì)，并在500℃時(shí)達(dá)到最高；升溫速率越大熱解油產(chǎn)率越高；停留時(shí)間在30min前對(duì)焦油產(chǎn)率影響明顯，30min后基本沒(méi)有影響。
　　為進(jìn)一步考察各因素對(duì)生物質(zhì)油產(chǎn)率的影響，采用 Design-Expert軟件對(duì) CH4/CO2重整氣氛下影響稻殼和玉米秸稈生物質(zhì)油產(chǎn)率的因素及各因素的交互作用進(jìn)行模擬分析，結(jié)果表明：停留時(shí)間對(duì)稻殼和玉米秸稈熱解生物質(zhì)油產(chǎn)率影響最顯著；稻殼交互作用中升溫

5、速率和停留時(shí)間的交互作用對(duì)生物質(zhì)油產(chǎn)率影響最為顯著，而玉米秸稈的交互作用中終溫和停留時(shí)間的交互作用最為顯著。
　　采用Design-Expert軟件中的 Box-Behnken Design(BBD)設(shè)計(jì)模塊中的優(yōu)化方案功能，分別研究了稻殼和玉米秸稈熱解油產(chǎn)率最高時(shí)的反應(yīng)條件。并對(duì)優(yōu)化方案進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果表明：稻殼的最佳工藝條件是終溫524.64℃，升溫速率64.54℃/min，停留時(shí)間31.35min，最高產(chǎn)率為36.51％；