生物質(zhì)熱轉(zhuǎn)化制備可燃?xì)獾膶?shí)驗(yàn)研究.pdf

1、隨著全球?qū)δ茉春铜h(huán)境問題的日益關(guān)注,合理開發(fā)和利用可再生能源已成為當(dāng)前緊迫的研究課題。在已知可再生能源中,生物質(zhì)能因其分布廣,資源量大,開發(fā)潛力巨大的特點(diǎn)受到人們的廣泛重視。以綠色環(huán)保、可再生的農(nóng)林廢棄物生物質(zhì)制備合成氣,不僅可以減輕能源和環(huán)境的雙重壓力,減少煤、石油等化石燃料的使用,還能對(duì)農(nóng)林廢棄物進(jìn)行資源化利用。本文以木質(zhì)生物質(zhì)為原料,初步探索了生物質(zhì)熱解和氣化過程的反應(yīng)機(jī)理,開展了生物質(zhì)熱化學(xué)催化轉(zhuǎn)化制備合成氣的應(yīng)用基礎(chǔ)研究。

2、r>　　首先,以松木鋸屑為實(shí)驗(yàn)原料,在小型固定床反應(yīng)器上對(duì)生物質(zhì)熱解過程中反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間的影響進(jìn)行了較深入探討。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:600℃熱解,生物質(zhì)只發(fā)生初級(jí)熱解,溫度大于700℃熱解過程中CO、H2和CH4含量會(huì)出現(xiàn)二次增長(zhǎng),即出現(xiàn)二次熱解反應(yīng)。并且反應(yīng)溫度的上升,會(huì)加快初級(jí)裂解反應(yīng)速度顯著。另外,反應(yīng)溫度對(duì)最終熱解產(chǎn)物也有顯著影響。研究結(jié)果表明隨著熱解溫度的升高,氣體產(chǎn)物的量隨之增多,液體和固體產(chǎn)物的量則明顯減少;氣體產(chǎn)物中CO和

3、H2含量顯著提高,CH4和CO2含量則顯著下降;最終熱解氣體產(chǎn)物的合成氣含量、H2與CO比例、碳轉(zhuǎn)化率、干氣產(chǎn)率和熱值都有明顯的提高。
　　其次,在小型固定床上對(duì)生物質(zhì)水蒸氣氣化過程進(jìn)行了研究。在石英管反應(yīng)器中通過改變反應(yīng)溫度(700-900℃)、水蒸氣與生物質(zhì)比值(S/B:0.2-0.8w/w),研究了它們對(duì)生物質(zhì)水蒸氣氣化反應(yīng)過程的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn):反應(yīng)溫度上升會(huì)導(dǎo)致H2量大幅增長(zhǎng)10-20％和重碳?xì)浠衔餃p少3-5％,同時(shí)

4、CO濃度有小幅上漲。反應(yīng)溫度為800℃時(shí),最佳S/B值為0.8w/w左右,在此S/B時(shí),氣體產(chǎn)物具有更高的氣體產(chǎn)量、碳轉(zhuǎn)化率且氣體組成中合成氣含量和H2/CO更高。當(dāng)反應(yīng)溫度不到850℃時(shí),水煤氣轉(zhuǎn)換反應(yīng)表現(xiàn)出主導(dǎo)作用;反應(yīng)溫度在850-900℃時(shí),水煤氣反應(yīng)和還原反應(yīng)則為主要反應(yīng)。以上影響因素升高同樣有利于獲得更高的合成氣量、碳轉(zhuǎn)化率。隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng),生物質(zhì)水蒸氣氣化過程可以明顯的分為生物質(zhì)初級(jí)熱解階段、二次反應(yīng)階段和水煤氣反應(yīng)階

5、段。
　　在對(duì)生物質(zhì)快速熱解過程和氣化過程及規(guī)律有了較全面的了解后,本文利用自行研發(fā)的雙螺旋進(jìn)料固定床反應(yīng)器系統(tǒng)對(duì)生物質(zhì)熱解進(jìn)行了詳細(xì)研究。首先通過冷態(tài)實(shí)驗(yàn)確定了實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的輸料量、生物質(zhì)在熱解床中的流速和固相停留時(shí)間的計(jì)算公式。然后重點(diǎn)探討了熱解溫度和固相停留時(shí)間對(duì)松木鋸屑熱解的影響。實(shí)驗(yàn)證明隨著熱解溫度的升高,固體產(chǎn)物和液體產(chǎn)物的產(chǎn)量會(huì)快速降低,而氣體產(chǎn)物產(chǎn)量則快速增加;CO、CH4和CO2含量隨溫度提高而下降,H2和合成氣的濃

6、度則始終隨溫度的上升而升高。對(duì)于氣體產(chǎn)物特性而言,H2/CO比值、干氣產(chǎn)率和碳轉(zhuǎn)化率也隨熱解溫度的增加而上漲,相應(yīng)氣體產(chǎn)物熱值在850℃有最大值13.43 MJ/Nm3。在相同實(shí)驗(yàn)條件下,固相停留時(shí)間越長(zhǎng),越有利于生物質(zhì)的二次裂解,從而使生物質(zhì)熱解反應(yīng)轉(zhuǎn)化產(chǎn)物中固相和液相產(chǎn)物越少,氣相產(chǎn)物量越大。
　　最后,通過制備煅燒白云石和負(fù)載型納米 NiO/A12O3催化劑,在兩段式固定床反應(yīng)器系統(tǒng)上進(jìn)行了催化熱解試驗(yàn),以評(píng)估并比較它們的催