管式爐生物質(zhì)熱解氣化過程N(yùn)遷移實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、化石能源的日益枯竭及環(huán)境保護(hù)的嚴(yán)峻形勢(shì)，使生物質(zhì)能作為一種重要的可再生能源引起社會(huì)各界的廣泛關(guān)注，生物質(zhì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化過程中燃料N的遷移、轉(zhuǎn)化研究也正方興未艾。但由于現(xiàn)有的分析測(cè)試手段尚無法從分子水平對(duì)生物質(zhì)N結(jié)構(gòu)進(jìn)行定性、定量分析，所以大多學(xué)者采用間接方法來研究燃料N的遷移與轉(zhuǎn)化，比如通過選取含N模型化合物、改變反應(yīng)條件來研究熱解/氣化過程中含N污染物的生成規(guī)律，但基于生物質(zhì)原料特性對(duì)燃料N轉(zhuǎn)化影響的研究還較少報(bào)道。并且，一些具有較高利用

2、價(jià)值的高N含量的工業(yè)類生物質(zhì)廢棄物，還未引起人們足夠的重視，其熱化學(xué)轉(zhuǎn)化過程中N的遷移轉(zhuǎn)化特性的研究尚不多見。
　　為彌補(bǔ)上述研究的不足，本文選取高、中、低三種N含量生物質(zhì)（砂光粉SGF、麥稈MG、松木SM）進(jìn)行了固定床熱解/氣化實(shí)驗(yàn)，考察了反應(yīng)溫度、反應(yīng)氣氛(CO2、Ar、CO2+H2O)、原料等因素對(duì)生物質(zhì)熱解氣/化過程中燃料N在氣、液、固三相產(chǎn)物中分配的影響，并通過對(duì)原料N物種的XPS表征、N含量分析等手段探討了其遷移與轉(zhuǎn)化

3、行為，得出的主要結(jié)論如下:
　　1)針對(duì)生物質(zhì)熱解/氣化含N污染物釋放，本文考察的主要影響因素有溫度、氣氛和生物質(zhì)種類。溫度的影響:在550-950℃溫度范圍內(nèi)，提高反應(yīng)溫度均使HCN和NH3的生成量增加，但當(dāng)反應(yīng)溫度為550-800℃時(shí)，提高溫度對(duì)HCN的生成影響不大，HCN生成量在850-950℃時(shí)增長幅度變得顯著。與HCN不同，當(dāng)反應(yīng)溫度大于550℃時(shí)NH3生成量一直保持較快的增長趨勢(shì);
　　2)氣氛的影響:在相同溫度

4、、同種生物質(zhì)樣品的條件下，CO2、Ar、CO2+H2O氣氛對(duì)HCN和NH3生成量的影響各不相同。550-850℃時(shí)改變反應(yīng)氣氛對(duì)HCN、NH3的生成影響不明顯;在850-900℃溫度段及CO2+H2O氣氛下，NH3的生成量呈現(xiàn)持續(xù)快速增加的趨勢(shì)，而在CO2和Ar氣氛下，NH3的生成量在900℃達(dá)到最高值后略有下降。H2O的加入促進(jìn)了燃料N向NH3的轉(zhuǎn)化，但對(duì)HCN卻沒有明顯的影響;
　　3)生物質(zhì)樣品種類的影響:在相同溫度、同種氣

5、氛的條件下，生物質(zhì)樣品種類的不同對(duì)HCN和NH3生成的影響比較復(fù)雜。通過對(duì)比3種生物質(zhì)HCN/NH3比值發(fā)現(xiàn)，MG的燃料N較SGF和SM更傾向于生成HCN，SGF和SM則生成較多的NH3。SGF原料中由于存在較多的脲醛樹脂類添加劑，所以在熱解/氣化過程中產(chǎn)生NH3的百分含量明顯高于MG和SM。
　　4)3種生物質(zhì)原料在熱解/氣化過程中燃料N釋放的容易程度:SGF＞MG＞SM。SGF原料N由脲醛樹脂所含胺基N及木材自身含有的N組成，

6、其中脲醛樹脂N占絕大多數(shù)。含N添加劑的熱穩(wěn)定性差，在熱解過程中大量釋放，這是導(dǎo)致其燃料N容易釋放的主要原因;SM由于自身N含量很低(0.07％)，其燃料N釋放相對(duì)普通生物質(zhì)困難;XPS分析表明，在Ar氣氛下及750和900℃時(shí)，MG和SGF半焦N中的胺基N百分含量較原料降低，吡啶N百分含量升高;SM的胺基N百分含量較原料升高，吡咯N百分含量降低。熱解/氣化過程中SM生物質(zhì)原料N結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化規(guī)律與MG和SGF不同，可能與其獨(dú)特的生物質(zhì)結(jié)構(gòu)有關(guān)

7、。
　　5)N在氣、固、液三相中的分布規(guī)律:3種生物質(zhì)原料在熱解/氣化過程中，氣相N的生成比例均隨著溫度的升高而增加;固相N的生成比例均隨著溫度的升高而減少;當(dāng)溫度從550℃升高到950℃及在3種氣氛下，MG的氣相N百分含量從0.9％-3.2％增長到16.7％-41.4％，固相N百分含量從35.5％-49.3％減少到7.4％-22.9％; SGF的氣相N百分含量從16.4％-16.7％增長到47.3％-59.3％，固相N百分含量從