玉米芯低焦油热解过程研究

发布时间：2020-05-26 14:57

【摘要】：生物质来源广泛并具有可再生性,对其进行清洁利用,具有重要的现实意义。热解生物质是最为常用的一种利用方式,但热解过程中产生的焦油易堵塞、腐蚀管道系统和设备,严重影响传热效率。热解得到的炭化料不仅是一种制备活性炭的原料,也可作为碳辅助制氢过程中的碳源。基于此,本文主要从热解工艺优化和催化热解两方面来对玉米芯的热解过程探索。首先,以粒径3-5 mm的玉米芯为原料,实验分别以1 ~℃·min~(-1)、5 ~℃·min~(-1)、10 ~℃·min~(-1)和15 ~℃·min~(-1)升温至850 ~℃,结果表明,升温速率从1 ~℃·min~(-1)提高到15 ~℃·min~(-1),液相的产率从67.07%降低至46.36%;固相产率也从23.89%降至21.29%;气相产量显著增加,组成也有较大变化。热解分析显示,玉米芯失重最剧烈的温度在200-450°C内,分别在不同温度下保温120 min后再继续升温,结果显示,在350°C下保温后得到的液相产率最少为43.12%,固相产率为18.50%。而在150-350°C间多阶梯升温方式可使液相产率降至37.17%,但固相炭化料产率仅为14.05%。在升温速率为5 ~℃·min~(-1),热解温度为850 ~℃的条件下,实验考察了七种不同的催化剂对热解过程的影响。结果表明,镍基催化能够有效抑制焦油类物质的产生,其中,负载了两种助剂的C5(Ni/Ce-ZrO_2/γ-Al_2O_3)和C6(Ni/La_2O_3-MgO/γ-Al_2O_3)抑制焦油的效果最好,添加催化剂C5和C6后液相产出分别为20.41%和21.36%,与相同条件下未加催化剂时相比,分别减少了56%和53.7%;同时固相的产率也有一定的增加。分别采用催化剂C5和C6进行循环实验,结果显示在前4次循环内催化剂保持较高活性,而多次循环后,催化剂活性急剧下降。XRD、SEM、EDS、XPS等表征分析表明,在前几次循环中,催化剂表面的积碳主要为无定形焦炭,对催化剂活性影响较小,随着循环次数的增加,催化剂表面的积碳转化为定形丝状炭,大大降低了催化剂的活性。助剂氧化镁有利于消除部分积碳,催化剂C6抗积碳性能优于C5。此外,催化剂C5和C6的再生性能均不佳,需要进一步研究。在玉米芯热解过程中,添加碱金属化合物硅酸钠和硝酸钠作为添加剂,使气相产出骤增,但固相炭材料却被消耗殆尽。在立式反应器内高温区域增加,使得热解产物在反应器内充分发生二次裂解,有效减少了焦油的产出。此外,含有催化剂C5和C6的炭化料在与CO_2反应时,表现出较高的反应速率,在900°C下反应30 min后,炭化料的烧失率达75%,比无催化剂炭化料的高了近一倍。
【图文】：

固体生物质,生物质资源,生物质

现有设备经优化改良后，也可以沿用到生物质产能过程中，这有助于新型能源的推广和利用，使得能源转型所需成本更少，能源转型难度大幅降低可执行性增强。1.1.2 生物质简介生物质资源主要以植物类为主，其源自太阳光照下，，吸收大气中的二氧化碳进行光合反应，而生成碳水化合物，储备能量[16]。仅仅植被类生物质资源每年总产量约合能量是全世界能源消耗总量的十几倍。我国每年秸秆产出约七亿吨，林业废弃物每年产出高达三千七百万立方米[17]，储量惊人、潜力巨大。总之，生物质资源来源广泛、蕴藏丰富。生物质种类繁多，对其进行详细分类，有利于不同生物质资源进行具针对性的高效利用，方便进行生产工艺方案改良，系统性加强，沿用更方便。在对对众多生物质能源利用研究时，所研究的生物质以固体植被类为主[18]。其分类情况如图 1-1 所示。

示意图,卧式炉,热解装置,示意图

2.2 热解实验2.2.1 玉米芯热解实验装置与流程实验过程中采用了卧式和立式两种热解反应器，生物质热解装置如图 2-1示。0 5 10 15 20 25 30 3505050A超级恒温槽 SYC 河南巩义市予华仪器有限责任公司马弗炉 SX2-12-10 天津天有利科技有限公司管式炉 FSK-2.5-12 天津电炉制造总厂实验电炉厂气相色谱 SP-6890 北京北分瑞利分析仪器（集团）有限责任公司电子天平 PL303 梅特勒—托利多仪器（上海）有限公司电动搅拌器 WH7401-50B 天津市威华实验仪器厂立式反应器天津津大莱博科技有限公司
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TK6

【相似文献】