热等离子体气化生物质焦油制合成气的研究

发布时间：2020-05-16 21:07

【摘要】：生物质气化过程中产生的焦油不仅会腐蚀管道与设备、污染环境,并且会降低生物质气化效率。本文利用热等离子体反应温度高、能量密度大、反应活性强的特点,首次采用CO2热等离子体气化生物质焦油模型化合物及真实样品,为提高生物质气化效率并无害化处理生物质焦油提供新的可能。选取甲苯和苯作为生物质焦油的模型化合物,研究了 CO2流量和输入功率对气化过程的影响。实验结果表明,CO2热等离子体气化甲苯和苯主要气体产物为CO、H2以及少量的CO2。在甲苯进料量为9.70g/min、CO2流量为0.96Nm3/h和输入功率为12.60kW时,碳转化率可达79.74%,此时比能耗为6.17 kWh/Nm3。在苯进料量为9.88g/min、C02流量为0.96Nm3/h和输入功率为12.96kW时,碳转化率高达92.84%,此时比能耗为5.73 kWh/Nm3。通过热力学平衡计算,可以间接地判断ClO2热等离子体气化甲苯的温度在1840 K～2600 K之间,气化苯的温度在1580K～2850K之间。选取苯萘混合物作为生物质焦油的模型化合物,研究了不同ClO2流量、萘的质量分数和输入功率下的气化效果。实验结果表明,CO2热等离子体气化苯萘混合物生成气体产物主要为CO、H2以及少量的CO2。随着萘质量分数的增大,物料的气化效率下降,碳转化率和气体收率逐渐减小,合成气的比能耗逐渐增大。在苯萘混合物进料量为9.8 g/min、萘质量浓度为10.2%的苯萘混合物、CO2流量为0.96Nm3/h和输入功率为14.73 kW时,碳转化率高达90.92%,此时比能耗为6.87kWh/Nm3。通过对苯萘混合物进行热力学平衡计算,可以推断CO2热等离子体气化苯萘混合物的温度在1500K～3034 K之间。分析了生物质焦油真实样品的理化性质,研究了不同CO2流量、输入功率和原料含水率对生物质焦油-苯混合物气化过程的影响。实验结果表明,生物质焦油含水率为74.2%,其组分中萘相对含量最高,高达31.52%。综合考虑H2和CO产量及比能耗,CO2气化焦油-苯混合物的最佳条件是在C02流量为0.69Nm3/h、输入功率为11.95 kW时,此时H2和CO产量最大值分别为62.71 g/kg和754.03 g/kg,比能耗为7.63kWh/Nm3。混合物中的水在一定程度上能促进气化反应的进行,但过多的水会不利于气化反应。
【图文】：

焦油,变化机理

油的定义有很多，随着焦油研究的发展，，焦油的定义在逐渐Ｂｒｕｓｓｅｌｓ召开“拟定焦油测量草案”的会议，并在会议中物，其相对分子质量比苯大［１２］。查阅相关文献表明，在研苯作为焦油的模型化合物进行研究。Ｍｉｌｎｅ［１３］等人认为焦的组分，包括苯。因此结合相关文献，认为焦油是一种含物，其相对分子质量比苯大且具有刺激性气味、粘稠、可焦油的形成与分类逡逑焦油中的有机化合物成分复杂，已估计焦油中的有机化合目前已分析出来１００多种有机化合物％１５］。根据文献报道，焦油呈液体状态，温度大于３００°Ｃ时，焦油呈气体状态，为小分子气体［１５］。逡逑°逡逑

滑动弧,重整器,等离子体

甲苯含量为５７．１邋ｇ／ｍ３时，超过７０％的萘与甲苯可被转化。与其他文献比较（如逡逑表１－５所示），该实验能量效率更高并且能量输入值比较低。逡逑Ｃｈｕｎ等％将苯作为焦油的模型化合物，利用滑动弧等离子体（图１－２）裂解逡逑焦油，气体产物主要为ＣＯ、Ｈ２和Ｃ０２，还有低碳烃类（ＣＨ４、Ｃ２Ｈ４、Ｃ２Ｈ６）。逡逑实验考察了水蒸气流速、输入的苯浓度、总进气流速、比能量输入、管口直径、逡逑电极长度、电极间隙和电极形状对焦油裂解的影响。通过实验的研究，确定了裂逡逑解苯的最佳操作条件。最佳操作条件是蒸汽流速为0．６６Ｌ／ｍｉｎ、苯的浓度为逡逑０．１２％、总进气流速为１６．７Ｌ／ｍｉｎ、比能量输入值为０．１７ｋＷｈ／ｍ３、管口直径为３逡逑ｍｍ、电极长度为９５邋ｍｍ、电极间隙为３邋ｍｍ，在这一条件下，苯的裂解效率达逡逑最大值８２．６％，此时的能量效率为２０．９邋ｇ／ｋＷｈ。在实验过程中，枿着苯浓度和总逡逑进气流速的升高，苯的裂解速率略下降；随着比能量输入值的升高，能量效率增逡逑大。逡逑ｆ丨气逡逑0逡逑图１－２滑动弧等离子体重整器［５５！逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－２邋Ｇｌｉｄｉｎｇ邋ａｒｃ邋ｐｌａｓｍａ邋ｒｅｆｏｒｍｅｒ逡逑Ｌｉｕ等将甲苯作为焦油模型化合物，利用滑动弧冷等离子体（图１－３）处逡逑理焦油。Ｎ２作为载气，考察了水蒸气／碳（Ｓ／Ｃ）的摩尔分率、甲苯进料速率和比逡逑能量输入值对甲苯转化率、能量效率、气体收率的影响。实验结果表明
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TE665.3

【参考文献】