生物質熱解焦油生成及部分氧化機理的實驗研究.pdf

1、我國平均每年農(nóng)作物秸稈產(chǎn)量約為7億噸,其中約有1/3的秸稈直接在田中焚燒,造成了資源浪費和大氣環(huán)境污染問題,開發(fā)以村為單位的小型生物質氣化發(fā)電技術是解決這些問題的有效方法,但氣化焦油難以脫除是阻礙生物質氣化發(fā)電技術推廣應用的瓶頸。與傳統(tǒng)的下吸式固定床氣化爐相比,兩段式氣化爐可在爐內實現(xiàn)經(jīng)濟、高效地脫除大量焦油,產(chǎn)氣中的焦油量更低,然而,生物質熱解焦油的生成及部分氧化機理還未清楚,缺乏氣化爐的設計理論及方法。因此,本文將針對兩段式氣化爐中

2、熱解焦油生成及部分氧化機理開展基礎研究,建立部分氧化區(qū)的三維數(shù)值計算模型,構建完整的實驗與數(shù)值模擬相結合的研究平臺,為兩段式秸稈氣化爐熱解段及部分氧化區(qū)的優(yōu)化設計和運行提供理論依據(jù)和實踐指導。
　　 本文采用熱重-質譜聯(lián)用儀及自行設計的兩段式固定床反應器研究了氧量對典型生物質熱解特性及焦油生成規(guī)律的影響。研究表明氧量對生物質的熱解特性及焦油生成有著重要影響。與惰性環(huán)境相比,有氧環(huán)境下所有檢測的小分子氣體累積釋放量均增大；隨著氧量

3、的增大,稻稈、玉米稈和杉木屑的熱解焦油量均減小,表現(xiàn)為主要焦油組分如苯和苯酚等快速減小,這3種典型生物質的熱解焦油中均含有大量的含氧類物質(酚類和酸類)和少量的1環(huán)芳香烴類物質,在有氧環(huán)境下,大多數(shù)熱解焦油組分的相對濃度有所降低。
　　 為了揭示熱解焦油的部分氧化機理,本文在自行設計的兩段式固定床反應器及氣化多功能實驗臺中對稻稈進行了深入研究。結果證實了氧量對熱解焦油的轉化有重要影響,在相同反應溫度下,有氧環(huán)境下熱解焦油的脫除效

4、果好于惰性環(huán)境。隨著當量比的增大,焦油量和碳黑量迅速減小,而氣體總量迅速增大,當量比為0.34時,焦油量達到最小值,僅為稻稈原料量的0.26％,CO、H2和CH4量分別達到最大值11.35％、0.21％和1.42％,碳黑量達最小值4.07％。熱解焦油在經(jīng)過部分氧化之后,轉化為2環(huán)～4環(huán)的多環(huán)芳香烴,分別以萘、蒽/菲和芘/熒蒽為主要代表物。與惰性環(huán)境下的焦油熱裂解不同,部分氧化之后焦油組分中出現(xiàn)了6種新的多環(huán)芳香烴組分,這些組分表現(xiàn)出不同