生物質(zhì)熱解焦油生成及部分氧化機(jī)理的實(shí)驗(yàn)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(fèi)和大氣環(huán)境污染問題,開發(fā)以村為單位的小型生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)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(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)推廣應(yīng)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(nèi)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、高效地脫除大量焦油,產(chǎn)氣中的焦油量更低,然而,生物質(zhì)熱解焦油的生成及部分氧化機(jī)理還未清楚,缺乏氣化爐的設(shè)計(jì)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(jī)理開展基礎(chǔ)研究,建立部分氧化區(qū)的三維數(shù)值計(jì)算模型,構(gòu)建完整的實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬相結(jié)合的研究平臺(tái),為兩段式秸稈氣化爐熱解段及部分氧化區(qū)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和運(yùn)行提供理論依據(jù)和實(shí)踐指導(dǎo)。
　　 本文采用熱重-質(zhì)譜聯(lián)用儀及自行設(shè)計(jì)的兩段式固定床反應(yīng)器研究了氧量對典型生物質(zhì)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(zhì)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(zhì)的熱解焦油中均含有大量的含氧類物質(zhì)(酚類和酸類)和少量的1環(huán)芳香烴類物質(zhì),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(jī)理,本文在自行設(shè)計(jì)的兩段式固定床反應(yīng)器及氣化多功能實(shí)驗(yàn)臺(tái)中對稻稈進(jìn)行了深入研究。結(jié)果證實(shí)了氧量對熱解焦油的轉(zhuǎn)化有重要影響,在相同反應(yīng)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(dāng)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(dāng)量比為0.34時(shí),焦油量達(dá)到最小值,僅為稻稈原料量的0.26％,CO、H2和CH4量分別達(dá)到最大值11.35％、0.21％和1.42％,碳黑量達(dá)最小值4.07％。熱解焦油在經(jīng)過部分氧化之后,轉(zhuǎn)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