无氧气化过程中生物质热解及半焦燃烧的实验研究

发布时间：2020-05-21 21:54

【摘要】：能源危机与温室效应使高效低污染的近零排放系统备受关注。以生物质为原料的无氧气化制氢系统不但能够利用废弃的生物质制取高纯度氢气,而且可以同时获得便于后续存储和利用的高浓度C02。基于、CaO吸收体气化法是生物质无氧气化制氢技术的核心。本文对CaO存在条件下生物质的热解反应以及生物质半焦的富氧燃烧反应这两个工艺中的重要过程开展了实验研究,为下一步生物质无氧气化技术的研究和开发提供参考。利用热重-傅立叶变换红外分析联用(TG-FTIR)与XRD分析相结合的方法研究了生物质木屑在CaO存在条件下的常压热解反应特性,并获得CaO添加量、升温速率对生物质常压热解失重过程和挥发份的析出过程的影响特性。实验结果表明CaO吸收剂的加入改变了生物质木屑的热解特性,在低温热解阶段CaO能够吸收部分生物质热解产生的CO2,产生CaCO3,同时能够吸收H20产生Ca(OH)2,在高温热解阶段CaCO3和Ca(OH)2又分解生成CaO、CO2和H2O。CaO的添加量越大,对热解过程的影响越显著。同时CaO吸收剂的加入还降低了热解气中H2O、CO、CH4以及羰基、芳香烃和酚等焦油类物质的析出。升温速率提高,热解初始失重温度变大,造成热解曲线失重部分整体向高温方向移动,且半焦产率增加。利用加压热重分析仪(PTGA)、气相色谱分析仪以及XRD分析相结合研究了压力对CaO存在条件下生物质热解反应的影响特性。结果表明压力对木屑热解过程有明显的影响。随压力的提高,热解初始失重温度变大,造成热解曲线失重部分整体向高温方向移动,热解半焦产率提高。对于CaO存在条件下的木屑热解过程,提高压力能够促进CaO吸收CO2的碳酸化反应,同时提高所产生CaCO3的煅烧分解温度,有利于生物质无氧气化制氢系统气化炉中CO2的吸收固定。热解压力的提高还可以抑制热解焦油类物质的挥发,增加焦油类物质通过CaO吸收剂的停留时间,有利于生物质无氧气化过程中焦油的去除和分解。利用加压热重分析仪(PTGA)、扫描电镜(SEM)技术相结合研究了生物质木屑热解半焦的加压富氧燃烧特性,考察不同热解条件和不同燃烧气氛对热解半焦燃烧特性的影响。结果表明加压或CaO存在的条件下所获得的半焦反应活性变差,使得半焦的燃烧着火温度升高,半焦燃烧稳定性变差。在压力不变的条件下,随着O2浓度的增加,燃烧初始失重温度变小,造成燃烧曲线失重部分整体向低温方向移动,燃烧着火温度降低,燃烧稳定性整体提高。保持O2浓度不变时,在常压-1.3MPa范围内提高反应压力力,对半焦的燃烧特性有类似的影响。保持O2分压不变,提高反应压力,降低O2浓度,燃烧初始失重温度变大,造成燃烧曲线失重部分整体向高温方向移动,着火温度升高,燃烧稳定性降低,不利于燃烧反应进行。说明O浓度对半焦燃烧反应的影响比压力更明显。
【图文】：

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人类目前的能源消耗呈现出以常规化石能源为主的常规格局，但化石能源的储量有限，短时间内又不能再生，常规的化石能源已面临枯竭危机。世界和中国主要常规化石能源储量的预测如图1一1所示川。从全球范围总体来讲，煤炭可供人类开采约230年，石油45年，天然气61年，铀约71年，从局部来讲，中国面临着更为严峻的形势，尤其是作为国民经济血液的石油资源，中国开采量仅约为15年。能源，尤其是石油资源，已成为制约一个国家和地区经济发展的至关重要的因素

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【参考文献】