生物质裂解—半焦气化实验研究
发布时间：2020-05-25 12:31
【摘要】： 生物质是一种重要的可再生能源。随着化石能源的日益枯竭,生物质能源的开发和利用受到了广泛的关注,生物质裂解.半焦气化是一种极具发展前途的可再生能源利用方式之一。 利用热重-差示扫描量热联用仪研究了麦秆和玉米秆两种生物质的热解特性及其生物质焦的气化反应性,得出了升温速率、保温时间、停留时间和裂解温度对生物质裂解特性的影响规律,以及裂解条件和气化条件对生物质焦气化反应性的影响。结果表明:裂解条件对于生物质焦的产率有一定的影响。随着保温时间的延长,裂解温度的升高,生物质焦的产率逐渐减小;而停留时间越长,生物质焦的产率则呈先增大后减小的趋势。 裂解条件和气化条件对生物质焦反应性也有一定的影响。随着升温速率的增大生物质焦的反应性呈现先增大后减小,最后基本不变;延长保温时间,升高裂解温度都降低了生物质焦的反应性;停留时间对生物质焦的平均比气化速率的变化没有一个特定的规律,呈现先减小后增大再减小的趋势;而气化温度的提高,生物质焦的平均比气化速率有明显提高,半焦的反应性增加。分析时发现,两种生物质随反应条件的变化,其气化反应性影响趋势相同,且变化幅度也基本相同。而相同的裂解条件和气化条件下,麦秆的气化反应活性高于玉米秆。 采用FWO法,DAEM法和Popescu法三种方法求出了两种生物质的动力学参数,并确定了最佳机理函数。结果表明:生物质的裂解反应过程并不是仅包含单一活化能的简单反应体系,而是具有分布活化能的复杂反应体系。三种动力学方法得到的结果趋势一致,麦秆随着反应程度的增大,其活化能先是逐渐增大,然后逐渐减小。而玉米秆则随着反应程度的不断加深,活化能值不断增大,但增大趋势由强变弱。利用Popcscu法计算得出最佳机理函数结果为:两种生物质在考察的180～320℃的温度范围内,两种物料都可以用Avrami-Erofeev方程来描述。 在固定床中进行了生物质裂解实验研究,利用比表面积和孔径分布仪、SEM以及GC等分析方法对裂解的产物进行检测,考察生物质在不同裂解温度下裂解产物的变化情况。结果表明:随着裂解温度的升高,生物质焦表面絮状物增多,微孔数量增加,比表面积增加,但是正是因为含有众多微孔的絮状物存在,堵塞了决定反应的较大孔隙,导致了生物质的反应性降低。生物质裂解的主要气体产物有H_2,CO,CO_2,CH_4。随着温度升高,麦秆和玉米秆裂解得到的各种气体变化趋势一致。
【图文】：
实验所选用的生物质原料为安徽淮南地区的麦秆和玉米秆，将其粉碎至粒径小于lmm，并过筛，粉碎过的物料经恒温干燥后，放入储藏桶中，，在低温、避光和防潮的条件下保存。粉碎后的物料如图1所示。生物质原料的工业分析、元素分析和主要组分分析[23]结果见表1和表2。表1 Table1Approxi图1所用麦秆(左)和玉米秆(右)物料 Fig.lwheatstalk(left)andeomstalk(right)麦秆和玉米秆的工业分析及元素分析表wB% mateandultimateanalysisofwheatstalkandeornstalkw创%工业分析元素分析样品名Mad FCadCadHad麦秆 4.81 7.1079.528.5835.73 5.19玉米秆 4.34 4.3981.949.3137.51 5.24表2麦秆和玉米秆的主要组分分析表wB% TableZChe而 ealanalysisofwheatstalkandeomstalkw创%样品半纤维素其他麦秆纤维素38.7640.2030.05木质素14.1015.5917.09玉米秆32.1812.03由表1可以看出两种生物质的挥发份都较高，达到79%以上。玉米秆的挥发份、固定碳含量、C和H元素的含量比麦秆的要稍微高一些，而两者的灰分含量差别比较大，麦秆的灰分比玉米秆的高出约3%。而表2的数据显示，麦秆的三种主要组分含量均比玉米秆的低，但差别不明显。
2.2.1热分析仪实验采用的热分析仪器是美国TA公司生产的2960SDT型热重一差示扫描量热联用仪，如下图2所示。仪器技术参数如下:温度范围:室温~1500℃;升温速率:0.1℃ /min~100℃加in(室温 ~1000℃);炉膛降温:强制空气，50℃/min(温度高于50℃);样品载入量:<Zoomg;天平灵敏度:0.1林g;量热精度/准确度:士2%(根据不同的金属标样)。图2热分析仪 Fig.2ThermalAnalysisaPP田旧tus图3固定床反应器 Fig.3Fixedbedreaetor2.2.2固定床反应器生物质裂解实验装置的主体反应器是CvD(G卜09/40/l型高温管式真空炉(如图3)。炉管为石英玻璃反应管(外径、壁厚、长度:90、5、1200mm)，以优质的一U’’型硅铝棒作为加热元件，采用日本进口的程序温控器控温，PID参数自整定，使温度能够稳定控制。炉体采用氧化铝制品做炉膛，结合超轻质高铝和硅酸铝纤维制品保温，以保证反应器的热损失。炉管内可同时通入两路气体，分别用浮子流量计和质量流量计控制气体的流量。主要性能参数如下:
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TK6
本文编号：2680156
【图文】：
实验所选用的生物质原料为安徽淮南地区的麦秆和玉米秆，将其粉碎至粒径小于lmm，并过筛，粉碎过的物料经恒温干燥后，放入储藏桶中，，在低温、避光和防潮的条件下保存。粉碎后的物料如图1所示。生物质原料的工业分析、元素分析和主要组分分析[23]结果见表1和表2。表1 Table1Approxi图1所用麦秆(左)和玉米秆(右)物料 Fig.lwheatstalk(left)andeomstalk(right)麦秆和玉米秆的工业分析及元素分析表wB% mateandultimateanalysisofwheatstalkandeornstalkw创%工业分析元素分析样品名Mad FCadCadHad麦秆 4.81 7.1079.528.5835.73 5.19玉米秆 4.34 4.3981.949.3137.51 5.24表2麦秆和玉米秆的主要组分分析表wB% TableZChe而 ealanalysisofwheatstalkandeomstalkw创%样品半纤维素其他麦秆纤维素38.7640.2030.05木质素14.1015.5917.09玉米秆32.1812.03由表1可以看出两种生物质的挥发份都较高，达到79%以上。玉米秆的挥发份、固定碳含量、C和H元素的含量比麦秆的要稍微高一些，而两者的灰分含量差别比较大，麦秆的灰分比玉米秆的高出约3%。而表2的数据显示，麦秆的三种主要组分含量均比玉米秆的低，但差别不明显。
2.2.1热分析仪实验采用的热分析仪器是美国TA公司生产的2960SDT型热重一差示扫描量热联用仪，如下图2所示。仪器技术参数如下:温度范围:室温~1500℃;升温速率:0.1℃ /min~100℃加in(室温 ~1000℃);炉膛降温:强制空气，50℃/min(温度高于50℃);样品载入量:<Zoomg;天平灵敏度:0.1林g;量热精度/准确度:士2%(根据不同的金属标样)。图2热分析仪 Fig.2ThermalAnalysisaPP田旧tus图3固定床反应器 Fig.3Fixedbedreaetor2.2.2固定床反应器生物质裂解实验装置的主体反应器是CvD(G卜09/40/l型高温管式真空炉(如图3)。炉管为石英玻璃反应管(外径、壁厚、长度:90、5、1200mm)，以优质的一U’’型硅铝棒作为加热元件，采用日本进口的程序温控器控温，PID参数自整定，使温度能够稳定控制。炉体采用氧化铝制品做炉膛，结合超轻质高铝和硅酸铝纤维制品保温，以保证反应器的热损失。炉管内可同时通入两路气体，分别用浮子流量计和质量流量计控制气体的流量。主要性能参数如下:
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TK6
【引证文献】
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2 由世俊;郑万冬;张欢;尤占平;;生物质炭催化裂解生物质热解焦油技术研究[J];煤气与热力;2012年07期
本文编号：2680156
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