澳大利亞小桉樹流化床快速熱解的研究.pdf

1、生物質(zhì)熱解是當前國際上生物質(zhì)能研究的前沿技術(shù)之一。流化床快速熱解技術(shù)由于具有高傳熱速率，一致的床層溫度，較短的氣相停留時間，可以抑制熱解蒸氣的二次裂解等優(yōu)點，有利于提高生物油產(chǎn)量，因而受到廣泛應(yīng)用。該技術(shù)能以連續(xù)進料的工藝將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為高品質(zhì)的易儲存、易運輸、能量密度高且使用方便的代用液體燃料(生物油)。小桉樹是澳大利亞西澳州用于治理土地鹽漬化而廣泛種植在小麥條帶間的一種灌木桉樹，其具有耐干旱、成材迅速、產(chǎn)量大等優(yōu)點。在以往的生物質(zhì)熱解

2、實驗研究中，人們更多的將研究的重點放在油產(chǎn)率的最大化，但是考慮到生物油的最終用途及其對油品質(zhì)的要求，本文同時也研究了生物質(zhì)熱解的產(chǎn)物分布、熱解生成的生物油的性質(zhì)及化學(xué)組成。在實際工業(yè)生產(chǎn)中，包含植物的各部分(木質(zhì)部分和樹葉)的小桉樹將會被整體送入反應(yīng)裝置中熱解制油，因此分別研究清楚小桉樹的木質(zhì)部分和樹葉的熱解行為，以及各部分熱解所生成的生物油的性質(zhì)非常必要。本文依托澳大利亞第二代生物能源技術(shù)政府科研基金項目，在流化床熱解反應(yīng)器上較系統(tǒng)地

3、研究了熱解參數(shù)(熱解溫度、生物質(zhì)粒度、生物質(zhì)中堿金屬和堿土金屬的含量等)對小桉樹各部分(木質(zhì)部分和樹葉)熱解產(chǎn)物產(chǎn)率以及生物油化學(xué)組成的影響。主要包括以下內(nèi)容和結(jié)論：
　　 ⑴在實驗室規(guī)模流化床熱解反應(yīng)器上研究了溫度(350-580℃)對小桉樹木質(zhì)部分熱解產(chǎn)物的產(chǎn)率的影響，并通過熱重分析、掃描電鏡、生物油粘度測試、生物油元素分析、生物油的水含量測試、生物油熱值測試等方法對小桉樹木質(zhì)部分原料和熱解油進行了分析，探討了溫度對小桉樹木

4、質(zhì)部分熱解油的物理性質(zhì)和化學(xué)組成的影響，得出以下結(jié)論：熱解溫度對熱解產(chǎn)物的產(chǎn)率有顯著影響，熱解溫度在在450℃時、生物油的產(chǎn)率達到最大值(65％)；在生物油產(chǎn)率最高的溫度范圍熱解制得的生物油中木質(zhì)素衍生的聚合物的含量最高，并且生物油的水含量最低，使得生物油的粘度最高，同時生物油的熱值最高，品質(zhì)最好，即獲得生物油產(chǎn)率最高的熱解溫度范圍與獲得較高品質(zhì)的生物油的溫度范圍完全吻合；在350-500℃的溫度范圍內(nèi)，生物油產(chǎn)率隨熱解溫度升高而增大主

5、要是由生物油中的木質(zhì)素聚合物(不溶于水不但溶于二氯甲烷組分)產(chǎn)率升高引起的。
　　 ⑵采用生物質(zhì)流化床快速熱解裝置研究了生物質(zhì)粒度對小桉樹木質(zhì)部分熱解產(chǎn)率和熱解油的組成及化學(xué)性質(zhì)的影響，通過熱重分析、生物油粘度測試、生物油的水含量測試、冷水萃取法、紫外熒光光譜方法等方法和技術(shù)對小桉樹木質(zhì)部分熱解油進行了分析，得出以下結(jié)論：當生物質(zhì)粒度從0.38mm增大到1.7mm時，生物油的產(chǎn)率明顯降低(約11-13％)，生物焦和熱解氣的產(chǎn)率明

6、顯升高，分別升高8％和6％；當生物質(zhì)的粒度從1.7mm繼續(xù)增大到5.38mm時，生物質(zhì)熱解產(chǎn)物產(chǎn)率不再發(fā)生明顯變化。生物油的粘度隨粒徑的變化規(guī)律正好與油產(chǎn)率的變化相一致，均隨著生物質(zhì)粒度的增大而降低；生物油中水含量隨生物質(zhì)粒度的增大而升高以及生物油中分子量較高的木質(zhì)素聚合物的含量隨生物質(zhì)粒度的增大而降低是油粘度變化的原因；通過對不同粒度生物質(zhì)熱解制得的生物油的TGA族組分分析得到，生物質(zhì)粒度越大，生物質(zhì)熱解油中輕組分產(chǎn)率越高，重組分產(chǎn)率

7、越低。
　　 ⑶采用流化床快速熱解裝置研究了堿金屬和堿土金屬的脫除對小桉樹木質(zhì)部分熱解產(chǎn)物產(chǎn)率和熱解油的組成及化學(xué)性質(zhì)的影響，通過熱重分析、生物油粘度測試、生物油的水含量測試、冷水萃取法、紫外熒光光譜方法等方法和技術(shù)對小桉樹木質(zhì)部分熱解油進行了分析，得出以下結(jié)論：生物質(zhì)中的AAEM在生物質(zhì)中以水可脫除的和水不可脫除但酸可脫除兩種形式存在；經(jīng)過水洗和酸洗預(yù)處理的后生物質(zhì)熱解產(chǎn)率均沒有明顯變化，但是生物油的組成卻發(fā)生明顯變化，尤其是

8、水不可脫除但酸可脫除的AAEM對生物油組成的影響顯著；生物質(zhì)中的AAEM的脫除(尤其是水不可脫除但酸可脫除的AAEM)，會導(dǎo)致生物油中糖類和木質(zhì)素聚合物等重組分的含量增加，以及水和輕組分含量的下降，造成生物油粘度增加，使生物油變“重”。
　　 ⑷由于樹葉熱解制得的蒸氣與最終冷凝所得的生物油與木質(zhì)部分熱解所得的蒸氣及生物油相比，具有更高的粘結(jié)性，很容易造成生物油冷凝和收集系統(tǒng)的堵塞。針對這個問題，本實驗對原裝置的冷凝系統(tǒng)進行了設(shè)計

9、和改造。在改造后的反應(yīng)器上對小桉樹樹葉在不同溫度下(300-580℃)的熱解行為進行了研究。采用Karl-Fisher水分測定儀、冷水萃取法、旋轉(zhuǎn)粘度計、熱重分析儀、傅里葉變換紅外光譜、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用、紫外熒光光譜等對生物質(zhì)油進行分析。實驗結(jié)果表明小桉樹的樹葉和木質(zhì)部分均可通過熱解實現(xiàn)較高的油產(chǎn)率，成為生物能源的優(yōu)質(zhì)原料。小桉樹樹葉在各溫度下熱解油產(chǎn)率均低于小桉樹木質(zhì)部分熱解油產(chǎn)率。小桉樹樹葉熱解油的產(chǎn)率在熱解溫度為400-450℃