生物質(zhì)熱解氣化特性分析與試驗研究.pdf

1、生物質(zhì)能源開發(fā)利用是緩解我國能源和環(huán)境壓力，建立可持續(xù)發(fā)展能源系統(tǒng)的有效措施之一。生物質(zhì)熱解氣化技術(shù)適應(yīng)當(dāng)前技術(shù)和經(jīng)濟發(fā)展水平，是生物質(zhì)能源化轉(zhuǎn)換利用的重點技術(shù)。 本文從生物質(zhì)原料的熱化學(xué)反應(yīng)特性入手，分析了生物質(zhì)理化性質(zhì)及其在氣化各反應(yīng)階段的表現(xiàn)與影響因素，揭示了生物質(zhì)熱解氣化過程的反應(yīng)規(guī)律。以獲得高品質(zhì)可燃氣體為最終目標(biāo)，提出抑制焦油發(fā)生、提高燃氣品質(zhì)的具體工藝條件，為生物質(zhì)氣化過程工藝設(shè)計及應(yīng)用提供技術(shù)指導(dǎo)。 首先

2、從生物質(zhì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化的角度出發(fā)，重點分析生物質(zhì)的各種化學(xué)和物理性質(zhì)與熱化學(xué)轉(zhuǎn)化過程的反應(yīng)關(guān)聯(lián)性，包括化學(xué)組成、生化組成、熱值、密度、灰熔點等，得出生物質(zhì)經(jīng)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化作為能源利用時的理化特性評價體系。 通過生物質(zhì)原料在隔絕空氣條件下的熱重試驗，從動力學(xué)角度對熱解失重過程進行了分析，得到不同類型生物質(zhì)原料熱解反應(yīng)的表觀動力學(xué)參數(shù)。以此為基礎(chǔ)建立生物質(zhì)原料熱解過程的動力學(xué)模型。研究表明，生物質(zhì)原料的熱重曲線呈現(xiàn)出原料的不敏感性，顯示基本

3、一致的反應(yīng)機制，其熱解反應(yīng)級數(shù)為1，活化能在60～90kJ/mol.K之間。 在管式熱解爐上以玉米芯、玉米秸為原料進行常壓熱解試驗，分析反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間等對熱解產(chǎn)物分布規(guī)律的影響。結(jié)果表明在：在400-800℃之間，熱解反應(yīng)產(chǎn)物中氣態(tài)產(chǎn)物的質(zhì)量比增加明顯，從15％增加到60％以上，表明了溫度對焦油裂解的促進作用。 利用熱重分析儀，以玉米秸和玉米芯為原料，分別采用等溫?zé)嶂睾秃闵郎厮俾薀嶂卦囼灧椒?，研究不同熱解條件和還原條

4、件對還原反應(yīng)的影響，借助試驗與模型，分析過程影響和控制因素。試驗比較發(fā)現(xiàn)：溫度是還原反應(yīng)的關(guān)鍵控制因素，850℃左右是還原反應(yīng)機制變化的過渡區(qū)間；還原反應(yīng)速度明顯慢于熱解反應(yīng)，是氣化器負荷設(shè)計的控制因素。 在生物質(zhì)原料的物理化學(xué)特性和熱解、氣化化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)系統(tǒng)試驗分析的基礎(chǔ)上，提出了兩步法生物質(zhì)氣化技術(shù)路線，從工藝條件和反應(yīng)器結(jié)構(gòu)設(shè)計上滿足生物質(zhì)穩(wěn)定氣化和焦油裂解的技術(shù)條件。利用該工藝，當(dāng)燃燒區(qū)溫度高于920℃時，燃氣焦油含量