生物质热解气重整试验平台设计与试验
发布时间：2021-04-16 01:09
针对热解气焦油含量高、热值低的问题,文章基于焦油催化裂解和热解气气化重整原理,提出了生物质热解气重整工艺路线,并设计、搭建了生物质热解气重整试验平台,该试验平台主要由热解、催化重整、产品收集、控制系统等组成。以玉米秸秆为原料,在该试验平台上开展了热解气重整试验,试验结果表明:在以石英砂作为惰性材料的条件（高温裂解）下,热解气产率为33.8%,焦油转化率为64.3%;在玉米秸秆炭催化裂解条件下,热解气产率为37.8%,焦油转化率72.6%;高温裂解和催化裂解条件下生成的热解气的热值均达到了17MJ/m3以上。热解气重整试验平台达到了设计目的,为热解气重整研究提供了理论支持和技术支撑。
【文章来源】：可再生能源. 2019,37(04)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
生物质热解气重整工艺流程图Fig.1Processflowdiagramofbiomasspyrolysisgasreforming绝氧进料生物炭焦油热解气
多级冷凝4个环节。通过此重整工艺后焦油含量降低，热解气品质得到提升，即热解气中可燃气组分和热值增加。1.2整机结构与工作过程图2为生物质热解气重整试验平台的示意图。如图2所示，上段为热解系统，下段为催化重整系统，热解反应器和催化重整反应器的中间连接段采用伴热带和保温棉保温，将测温热电偶置于石英管和伴热带的夹层中，将温度控制在320℃，保证焦油不会在石英管管壁上面冷凝。产品收集系统由多级冷凝装置和制冷机组成，设定制冷机的冷凝温度为-8℃，多级冷凝装置为四级冷凝，为了使焦油完全冷凝，二、三级中装有玻璃珠，四级中装有硅胶。工作时，先将热解炉和催化重整炉升温到设定温度，再通入氮气吹扫（氮气流量为0.3L/min），使物料填装反应管处于绝氧环境，将物料填装反应管放入热解炉中，加热一定时间后，生物质在热解反应器中发生热解反应，生成的焦油和热解气随氮气进入催化重整炉，在高温和生物炭的作用下，焦油发生催化裂解反应，使部分重质焦油裂解为轻质焦油，部分焦油转化为气体。热解气中CO2、水蒸气等组分与生物炭发生气化反应，转化为CO，H2等可燃组分。重整后的热解气和焦油经多级冷凝装置进行油气分离后分别收集，以测得最终的油气产率和气体组成。1.3主要技术参数生物质热解气重整试验平台的主要技术参数如表1所示。2主体功能单元的设计2.1电热炉功率计算电热炉加热过程中总的能量消耗可分为生物质加热时所需要的热量、炉衬总热损失和其他热损失。热量平衡计算公式为Q=Qi+Qt+Qg（1）式?
滴?2.4×10-3m3/h；SV为体积空速，取值为5000m3/h；AR为床层截面积，m2；V0为体积流量，取值为6×10-4m3/h；u0为空床速度，取值为540m/h；HR为催化剂床层的高度，m；H为反应器的长度，m。通过计算求得物料填装反应管的长度为0.41m，由于热解产生的热解气随氮气下行进入催化重整炉，所以热解气和氮气的总体积流量为1.2×10-3m3/h，由此求得催化剂填装反应管的长度为0.28m。2.3收集与控制系统液体和气体产物收集系统如图4所示。由图4可以看出，催化重整后的热解气和焦油进入产品收集系统，产品收集系统由多级冷凝装置、焦油取样瓶和气袋组成。多级冷凝装置通过制冷机为热解气降温以冷凝热解气中的焦油和水，焦油取样瓶用于收集热解气中的焦油和水，气袋用于收集气化重整后的热解气。四级焦油取样瓶置于多级冷凝装置内，制冷剂为乙二醇和水的混合溶液，其中，为了增加热解气和焦油的冷凝效率，二、三级焦油取样瓶中装有玻璃珠，四级焦油取样瓶中装有硅胶，以吸收热解气中未冷凝的水分。四级焦油取样瓶通过软管连接，热解气通过冷凝系统后，热解气中的焦油和水被冷凝收集，热解气进入四级焦油取样瓶管路出口连接处的气袋。控制系统主要有温度控制系统、载气控制系统和人体交互控制系统，其中温度控制系统是生物质热解气重整试验平台的核心，其工作性能对图4液体和气体产物收集系统示意图Fig.4Schematicdiagramoftheliquidandsolidproductcollectionsystem气袋焦油取样瓶玻璃珠硅胶多级冷凝装置图3生物质热?
【参考文献】：
期刊论文
[1]煤热解气相焦油原位催化裂解提质研究进展[J]. 贺新福,张小琴,周均,吴红菊,杨志远,周安宁. 应用化工. 2018(07)
[2]煤与生物质共热解工艺的研究进展[J]. 何玉远,常春,方书起,陈俊英,李洪亮,马晓建. 可再生能源. 2018(02)
[3]生物质热解气燃烧装置设计与燃烧特性试验[J]. 姚宗路,仉利,赵立欣,贾吉秀,丛宏斌,胡二峰. 农业机械学报. 2017(12)
[4]玉米秸秆炭和木屑炭催化裂解焦油的试验研究[J]. 孟凡彬,孟军. 沈阳农业大学学报. 2017(04)
[5]生物质炭化生成焦油催化裂解的研究进展[J]. 李贤斌,姚宗路,赵立欣,孟海波,丛宏斌,侯书林. 现代化工. 2017(02)
[6]生物质热解炭化实验平台设计与实验[J]. 李丽洁,赵立欣,孟海波,姚宗路,丛宏斌. 可再生能源. 2016(02)
[7]生物质热解焦油脱除方法研究进展[J]. 吴悠,赵立欣,孟海波,丛宏斌,姚宗路,侯书林. 化工环保. 2016(01)
[8]生物质炭催化裂解焦油的性能研究[J]. 尤占平,由世俊,李宪莉,焦永刚,韩鹏. 可再生能源. 2011(03)
硕士论文
[1]生物质在超临界水中液化转化的实验研究[D]. 朱道飞.昆明理工大学 2005
本文编号：3140447
【文章来源】：可再生能源. 2019,37(04)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
生物质热解气重整工艺流程图Fig.1Processflowdiagramofbiomasspyrolysisgasreforming绝氧进料生物炭焦油热解气
多级冷凝4个环节。通过此重整工艺后焦油含量降低，热解气品质得到提升，即热解气中可燃气组分和热值增加。1.2整机结构与工作过程图2为生物质热解气重整试验平台的示意图。如图2所示，上段为热解系统，下段为催化重整系统，热解反应器和催化重整反应器的中间连接段采用伴热带和保温棉保温，将测温热电偶置于石英管和伴热带的夹层中，将温度控制在320℃，保证焦油不会在石英管管壁上面冷凝。产品收集系统由多级冷凝装置和制冷机组成，设定制冷机的冷凝温度为-8℃，多级冷凝装置为四级冷凝，为了使焦油完全冷凝，二、三级中装有玻璃珠，四级中装有硅胶。工作时，先将热解炉和催化重整炉升温到设定温度，再通入氮气吹扫（氮气流量为0.3L/min），使物料填装反应管处于绝氧环境，将物料填装反应管放入热解炉中，加热一定时间后，生物质在热解反应器中发生热解反应，生成的焦油和热解气随氮气进入催化重整炉，在高温和生物炭的作用下，焦油发生催化裂解反应，使部分重质焦油裂解为轻质焦油，部分焦油转化为气体。热解气中CO2、水蒸气等组分与生物炭发生气化反应，转化为CO，H2等可燃组分。重整后的热解气和焦油经多级冷凝装置进行油气分离后分别收集，以测得最终的油气产率和气体组成。1.3主要技术参数生物质热解气重整试验平台的主要技术参数如表1所示。2主体功能单元的设计2.1电热炉功率计算电热炉加热过程中总的能量消耗可分为生物质加热时所需要的热量、炉衬总热损失和其他热损失。热量平衡计算公式为Q=Qi+Qt+Qg（1）式?
滴?2.4×10-3m3/h；SV为体积空速，取值为5000m3/h；AR为床层截面积，m2；V0为体积流量，取值为6×10-4m3/h；u0为空床速度，取值为540m/h；HR为催化剂床层的高度，m；H为反应器的长度，m。通过计算求得物料填装反应管的长度为0.41m，由于热解产生的热解气随氮气下行进入催化重整炉，所以热解气和氮气的总体积流量为1.2×10-3m3/h，由此求得催化剂填装反应管的长度为0.28m。2.3收集与控制系统液体和气体产物收集系统如图4所示。由图4可以看出，催化重整后的热解气和焦油进入产品收集系统，产品收集系统由多级冷凝装置、焦油取样瓶和气袋组成。多级冷凝装置通过制冷机为热解气降温以冷凝热解气中的焦油和水，焦油取样瓶用于收集热解气中的焦油和水，气袋用于收集气化重整后的热解气。四级焦油取样瓶置于多级冷凝装置内，制冷剂为乙二醇和水的混合溶液，其中，为了增加热解气和焦油的冷凝效率，二、三级焦油取样瓶中装有玻璃珠，四级焦油取样瓶中装有硅胶，以吸收热解气中未冷凝的水分。四级焦油取样瓶通过软管连接，热解气通过冷凝系统后，热解气中的焦油和水被冷凝收集，热解气进入四级焦油取样瓶管路出口连接处的气袋。控制系统主要有温度控制系统、载气控制系统和人体交互控制系统，其中温度控制系统是生物质热解气重整试验平台的核心，其工作性能对图4液体和气体产物收集系统示意图Fig.4Schematicdiagramoftheliquidandsolidproductcollectionsystem气袋焦油取样瓶玻璃珠硅胶多级冷凝装置图3生物质热?
【参考文献】：
期刊论文
[1]煤热解气相焦油原位催化裂解提质研究进展[J]. 贺新福,张小琴,周均,吴红菊,杨志远,周安宁. 应用化工. 2018(07)
[2]煤与生物质共热解工艺的研究进展[J]. 何玉远,常春,方书起,陈俊英,李洪亮,马晓建. 可再生能源. 2018(02)
[3]生物质热解气燃烧装置设计与燃烧特性试验[J]. 姚宗路,仉利,赵立欣,贾吉秀,丛宏斌,胡二峰. 农业机械学报. 2017(12)
[4]玉米秸秆炭和木屑炭催化裂解焦油的试验研究[J]. 孟凡彬,孟军. 沈阳农业大学学报. 2017(04)
[5]生物质炭化生成焦油催化裂解的研究进展[J]. 李贤斌,姚宗路,赵立欣,孟海波,丛宏斌,侯书林. 现代化工. 2017(02)
[6]生物质热解炭化实验平台设计与实验[J]. 李丽洁,赵立欣,孟海波,姚宗路,丛宏斌. 可再生能源. 2016(02)
[7]生物质热解焦油脱除方法研究进展[J]. 吴悠,赵立欣,孟海波,丛宏斌,姚宗路,侯书林. 化工环保. 2016(01)
[8]生物质炭催化裂解焦油的性能研究[J]. 尤占平,由世俊,李宪莉,焦永刚,韩鹏. 可再生能源. 2011(03)
硕士论文
[1]生物质在超临界水中液化转化的实验研究[D]. 朱道飞.昆明理工大学 2005
本文编号：3140447
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