生物油氣化實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、生物油是一種具有廣泛應(yīng)用前景的可再生碳資源，較生物質(zhì)而言，它的能量密度更高且便于運(yùn)輸與存儲(chǔ)。但生物油是一種初級(jí)燃料，其品質(zhì)較差，具有粘度高、水分含量大、酸性強(qiáng)以及熱穩(wěn)定性差等特性，因而不能直接應(yīng)用于一些動(dòng)力設(shè)備，其應(yīng)用受到一定限制。在此背景下，將生物油氣化制備合成氣，再通過(guò)費(fèi)托合成等技術(shù)制取高品位液體燃料的路線得到了廣泛關(guān)注。然而，國(guó)內(nèi)在生物油氣化方面的研究還較少。因此，本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)生物油氣化作了較為全面的研究，研究?jī)?nèi)容主要包括兩個(gè)方

2、面:一是生物油熱解氣化機(jī)理研究，二是不同條件下生物油氣化及氣體產(chǎn)物釋放特性的研究。
　　 在生物油熱解氣化機(jī)理研究方面，本文采用熱重紅外聯(lián)用儀對(duì)生物油及其蒸餾組分進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。研究發(fā)現(xiàn)，生物油的熱解過(guò)程可以大致分為兩段:一是低溫條件下小分子輕質(zhì)組分的快速揮發(fā)，二是較高溫度時(shí)大分子重質(zhì)組分的緩慢裂解氣化，最后難裂解的物質(zhì)逐步縮合縮聚形成焦炭。升溫速率增加，碳?xì)堄辔锖繙p少。通過(guò)Coats-Redfem積分法計(jì)算了生物油及其蒸餾組

3、分的熱解氣化動(dòng)力學(xué)參數(shù)，發(fā)現(xiàn)生物油在熱解低溫段活化能較高，說(shuō)明輕質(zhì)組分揮發(fā)階段吸熱更多，耗能較大。隨著升溫速率增加，活化能減小，反應(yīng)更易進(jìn)行。同時(shí)，由紅外光譜分析可知，在較低溫度時(shí)生物油及其蒸餾組分的熱解氣主要為易揮發(fā)的小分子有機(jī)物，如甲醇、乙酸、1-羥基-2-丙酮等，溫度升高，CO2、CH4、CO等小分子氣體產(chǎn)物才開始出現(xiàn)，CO、CH4主要來(lái)自重質(zhì)組分的裂解。在研究氣化條件對(duì)生物油氣化及氣體產(chǎn)物的影響時(shí)，實(shí)驗(yàn)采用固定床反應(yīng)裝置，首先研

4、究了在惰性氣體N2氣氛下生物油的熱解特性。研究結(jié)果顯示，載氣流量對(duì)生物油熱解氣化及氣體產(chǎn)物的影響較小。當(dāng)載氣流量為80mL/min時(shí)熱解氣化效果最佳。溫度升高，生物油熱解氣化效率及氣體產(chǎn)量增加，H2、CO含量上升。1000℃時(shí)，H2與CO的總含量最大，約占熱解氣的90％。但熱解氣熱值隨溫度升高而降低。通過(guò)與輕質(zhì)、重質(zhì)組分的熱解氣化產(chǎn)物比較，發(fā)現(xiàn)生物油熱解氣中H2主要來(lái)自于輕質(zhì)組分的熱解，CO、CH4則主要由重質(zhì)組分深度裂解產(chǎn)生。另外，溫

5、度升高，生物油各組分間相互反應(yīng)減弱，使結(jié)焦減少，氣體產(chǎn)量增加。
　　 由于氣化反應(yīng)大部分為吸熱反應(yīng)，需要外部能量供應(yīng)充足，對(duì)設(shè)備規(guī)模的擴(kuò)大造成了一定困難。通過(guò)加入一定量氧氣，氧化部分氣體產(chǎn)物，可放出一定熱量，從而減少外部能源供應(yīng)，逐步實(shí)現(xiàn)生物油氣化的自熱運(yùn)行?；诖四繕?biāo)，本文研究了在氧氣氣氛下生物油的氣化特性。研究發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)停留時(shí)間主要由 N2流量決定，與O2流量關(guān)系較小，當(dāng)N2流量為80mL/min時(shí)，合成氣中H2與CO產(chǎn)量有

6、最大值，且此時(shí)碳轉(zhuǎn)化率較高。在一定N2、 O2流量下，溫度升高，H2、 CO含量增加，CO2、CH4等氣體含量減少，H2含量在850℃后趨于穩(wěn)定。溫度更高時(shí)，氧氣對(duì)生物油碳轉(zhuǎn)化率影響較小，卻使H2、CO產(chǎn)量減少較多，H2/CO比值降低，因而850℃為較佳氣化反應(yīng)溫度。850℃時(shí)，氧碳比增加，氣體中H2、CO明顯減少，CO2顯著增加。當(dāng)O/C＞0.68，H2/CO及CO、H2產(chǎn)量降幅增大。根據(jù)生物油氣化前后物質(zhì)質(zhì)量守恒，估算了此反應(yīng)吸放熱