管式炉生物质热解气化过程N迁移实验研究

发布时间：2020-10-27 00:23

　　 化石能源的日益枯竭及环境保护的严峻形势,使生物质能作为一种重要的可再生能源引起社会各界的广泛关注,生物质热化学转化过程中燃料N的迁移、转化研究也正方兴未艾。但由于现有的分析测试手段尚无法从分子水平对生物质N结构进行定性、定量分析,所以大多学者采用间接方法来研究燃料N的迁移与转化,比如通过选取含N模型化合物、改变反应条件来研究热解／气化过程中含N污染物的生成规律,但基于生物质原料特性对燃料N转化影响的研究还较少报道。并且,一些具有较高利用价值的高N含量的工业类生物质废弃物,还未引起人们足够的重视,其热化学转化过程中N的迁移转化特性的研究尚不多见。为弥补上述研究的不足,本文选取高、中、低三种N含量生物质(砂光粉SGF、麦秆MG、松木SM)进行了固定床热解/气化实验,考察了反应温度、反应气氛(CO2、Ar、CO2+H2O)、原料等因素对生物质热解气/化过程中燃料N在气、液、固三相产物中分配的影响,并通过对原料N物种的XPS表征、N含量分析等手段探讨了其迁移与转化行为,得出的主要结论如下：1)针对生物质热解/气化含N污染物释放,本文考察的主要影响因素有温度、气氛和生物质种类。温度的影响：在550-950℃温度范围内,提高反应温度均使HCN和NH3的生成量增加,但当反应温度为550-800℃时,提高温度对HCN的生成影响不大,HCN生成量在850-950℃时增长幅度变得显著。与HCN不同,当反应温度大于550 oC时NH3生成量一直保持较快的增长趋势；2)气氛的影响：在相同温度、同种生物质样品的条件下,CO2、Ar、CO2+H2O气氛对HCN和NH3生成量的影响各不相同。550-850℃时改变反应气氛对HCN、NH3的生成影响不明显；在850-900℃温度段及CO2+H2O气氛下,NH3的生成量呈现持续快速增加的趋势,而在C02和Ar气氛下,NH3的生成量在900℃达到最高值后略有下降。H20的加入促进了燃料N向NH3的转化,但对HCN却没有明显的影响;3)生物质样品种类的影响：在相同温度、同种气氛的条件下,生物质样品种类的不同对HCN和NH3生成的影响比较复杂。通过对比3种生物质HCN/NH3比值发现,MG的燃料N较SGF和SM更倾向于生成HCN, SGF和SM则生成较多的NH3。SGF原料中由于存在较多的脲醛树脂类添加剂,所以在热解/气化过程中产生NH3的百分含量明显高于MG和SM。4)3种生物质原料在热解／气化过程中燃料N释放的容易程度：SGFMGSM。SGF原料N由脲醛树脂所含胺基＼及木材自身含有的N组成,其中脲醛树脂N占绝大多数。含N添加剂的热稳定性差,在热解过程中大量释放,这是导致其燃料N容易释放的主要原因；SM由于自身N含量很低(0.07%),其燃料N释放相对普通生物质困难；XPS分析表明,在Ar气氛下及750和900-C时,MG和SGF半焦N中的胺基N百分含量较原料降低,吡啶N百分含量升高;SM的胺基N百分含量较原料升高,吡咯N百分含量降低。热解／气化过程中SM生物质原料N结构转化规律与MG和SGF不同,可能与其独特的生物质结构有关。5)N在气、固、液三相中的分布规律：3种生物质原料在热解／气化过程中,气相N的生成比例均随着温度的升高而增加；固相N的生成比例均随着温度的升高而减少；当温度从550-C升高到950-C及在3种气氛下,MG的气相N百分含量从0.9%-3.2%增长到16.7%-41.4%,固相N百分含量从35.5%-49.3%减少到7.4%-22.9%；SGF的气相N百分含量从16.4%.16.7%增长到47.3%-59.3%,固相N百分含量从24.2%-24.5%减少到1.3%-5.4%；SM的气相百分含量N从10.8%-22.5%增长到50.8%-59.3%,固相N百分含量从59.7%-85.9%减少到11.5%-21.8%。
【学位单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2016
【中图分类】：TK6
【部分图文】：

第二章生物质在热解／气化过程中ＨＣＮ＼?ＮＨｊ的生成规律．３?ＳＭ在不同气氛下的ＨＣＮ、ＮＨ；的生成??图３．３．３为ＳＭ在Ａｔ、０）２、ＣＸ＞２－吐０?３种气氛下热解ＨＣ＼’和ＮＨ３生湿度的变化庭势。从下图中可Ｗ看出ＳＭ在３种气氛下的ＨＣＮ生成比律与ＭＧ和ＳＧＦ有一定的差异。??

?第四章Ｎ的含尝结构分析及Ｎ的兰相分布???９００°Ｃ的半焦样品进行分析。??国４．２．１为ＭＧ在７５０°Ｃ和９００°Ｃ半焦Ｎ的ＸＰＳ分析。图４．２．１ａ为ＭＧ在７５０°Ｃ下，经过分峰拟合的半焦Ｎ的ＸＰＳ分析谱图。其中黑色曲线为半焦Ｎ的??ＸＰＳ图；其中的Ｈ个绿色峰为３９８．５ｅＶ、３％．８ｃＶ、４００．１ｅＶ位Ｏｒｉｇｉｎ软件分峰拟??合出的各含Ｎ结构的峰；红色曲线为分峰拟合之后的合成曲线。??■?＇?１?■?－＇?—Ｉ?■?Ｉ?，?Ｉ?＇?？?＇?Ｉ?？?Ｉ?，?Ｔ?，?Ｉ?＇?ｆ?＊?＂?Ｉ?＇、??
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本文编号：2857737