生物质内在金属迁移对其再燃脱硝影响的研究

发布时间：2020-09-11 22:18

　　生物质能源具有可再生、低碳排放的特点,并且挥发分含量高,是一种良好的再燃脱硝燃料。生物质内含有丰富的金属元素,再燃过程中金属的迁移会影响其脱硝性能。因此,本文围绕生物质再燃过程中金属迁移对生物质热解气与焦炭脱硝性能的影响规律及机理展开研究,研究成果有助于指导生物质再燃脱硝技术的开发与应用。首先,采用固定床实验系统开展稻秆焦炭脱硝实验,研究了焦炭脱硝过程中内在金属的迁移规律及焦炭脱硝活性的演变规律。研究发现对焦炭脱硝起主要催化作用的内在金属元素为K。脱硝过程中K发生气相释放和固相转化,温度越高,金属迁移越剧烈,具有催化活性的酸溶K的浓度降低越显著,造成焦炭的脱硝活性下降。焦炭比表面积活性与焦炭内酸溶K的浓度呈线性关系。在此基础上,建立了描述焦炭脱硝过程中金属迁移的总包反应模型,并在随机孔模型的基础上引入了K迁移对焦炭脱硝活性的影响,建立了改进型随机孔模型,较好地描述了焦炭脱硝过程中活性变化。其次,通过恒温反应实验及程序升温脱附等实验,研究了内在K催化焦炭脱硝的机理。实验发现K可以明显促进焦炭脱硝过程中含氧络合物(C(O))的生成,但不改变其存在形式;无论是否有K,焦炭在脱硝过程中基本没有含氮络合物(C(N))的生成。基于实验结果的分析提出了K催化焦炭脱硝的可能机理。最后,采用柱塞流反应器研究了模拟热解气的脱硝性能,实验发现热解气组分间存在协同脱硝效应。基于实验结果与反应模型的计算与分析,明确模拟热解气中直接的脱硝组分为CH_4,H_2自身虽然脱硝效率低,但可以提高反应区中自由基浓度,促进低温、低过量空气系数时CH_3等基团生成,从而提高了脱硝效率。CO自身脱硝效率低且不影响CH4脱硝。K、Na对含H_2的热解气脱硝影响的实验研究发现,在低温低过量空气系数时K、Na可以明显地提高热解气脱硝效率,但在高温高过量空气系数时加入K、Na不能促进热解气脱硝,甚至有略微的抑制作用;这是K、Na与H_2对反应区内自由基生成的综合作用所致。K、Na的促进效果与其化合物形式有关,例如KOH的促进效果优于KCl。
【学位单位】：清华大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2015
【中图分类】：TK6
【部分图文】：

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