生物質催化熱解及半焦氣化特性實驗研究.pdf

1、生物質是被廣泛認可的環(huán)境友好型可再生能源,氣化技術則是其最有效的能源轉化方式之一,它能有效的將固體能源轉換成可利用的氣態(tài)合成氣。大量研究表明,生物質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,對生物質的氣化特性機制進行了深入、系統(tǒng)的研究。
　　為深入了解生物質在氣化過程不同階段的反應特點,本文選取典型農業(yè)秸稈(稻桿、棉桿和油菜桿)和林業(yè)廢棄物(木屑)為研究對象,在熱重實驗臺

2、上進行了生物質的水蒸氣熱解氣化實驗研究,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生物質氣化過程的影響,實驗表明:相比純氮氣熱解過程,水蒸氣氣化過程在低溫段與熱解過程基本相同,但在高溫階段出現半焦氣化過程,其中熱解過程適用于均相反應模型,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,氣化反應相對速率提高、活化能降低;四種生物質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、活化能降低,但當顆粒尺寸小于1 mm后,粒徑對物質氣化過程影響不明顯。
　　為進一步探究熱解過程和焦活性對生物質氣化的影響機制,建立了生物質連續(xù)給料固定床熱解實驗裝置,并進行了不同樣品種類和熱解反應溫度的生物質熱解實驗,利用相關分析儀器

4、對熱解氣、液、固三態(tài)產物的物化特性進行全面分析,以揭示生物質熱解機制。而后,利用熱重分析儀(TGA)對熱解半焦進行了氣化實驗,探討了樣品種類、制焦溫度和氣化介質對半焦氣化過程的影響,研究表明:隨熱解溫度升高,氣態(tài)不凝氣產量升高,H2、CH4、CO等可燃氣比重增加;液態(tài)生物油由小分子乙酸轉化成蒽、茚等芳香族化合物;固態(tài)半焦呈下降趨勢,其含量官能團數量明顯減少,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的

5、反應過程,隨制焦溫度提高其氣化反應速率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)產物物化特性,本實驗認為900℃時生物質熱解過程已基本結束。
　　在總結常規(guī)熱解氣態(tài)產物分布特點的基礎上,開展了700℃和900℃的四種生物質原樣的催化熱解實驗。重點考察催化劑種類(石灰石、氧化鋁、氧化鎂和氧化鐵)對熱解氣中H2和CH4產率的調控,以及催化劑對半焦二氧化碳氣化活性的影響,實驗研究顯