二氧化碳等离子体处理生物质焦油
发布时间：2022-01-16 15:34
生物质气化过程中副产的焦油不仅有腐蚀设备、堵塞管道等危害,而且会降低生物质气化效率,传统的物理处理与热裂解处理方法存在诸多不足。本文基于旋转弧热等离子体反应装置,以二氧化碳作为等离子介质,选取苯及苯萘混合物作为生物质焦油的模型化合物进行了气化实验,实现了向合成气的高效转化（碳收率可达到90%以上）,初步显示了该路线的可行性。进一步分析了真实生物质焦油的物质组成,考察了二氧化碳等离子体对焦油的气化性能,焦油内的水分可作为气化剂,调节合成气中H2/CO的比例（0.3～1）。上述结果为生物质焦油无害化、资源化利用技术的发展提供了新的思路。
【文章来源】：化工学报. 2020,71(10)北大核心EICSCD
【文章页数】：10 页
【图文】：
50 k W等离子炬实验系统
首先配制了焦油质量分数41.1%、含水率13.3%的焦油-苯混合物，考察了CO2流量对焦油-苯混合物气化效果的影响，实验条件选择励磁电流8.0 A、Ar流量0.5 m3/h、混合物进料速率10.23 g/min、输入功率13.5 k W,CO2流量控制在0.60～1.15 m3/h之间。如表5和图10所示，CO2流量对焦油-苯混合物气化的影响与对苯及苯萘混合物气化的影响相同，且气化产品气主要为CO、H2和CO2。随着CO2流量的增大，H2浓度逐渐减小，CO和CO2浓度则逐步增高。H2和CO产量则呈先增大后减小的趋势，H2/CO之比逐渐减小。在CO2流量为0.86 m3/h时，H2和CO产量之和达到最大值，为1.55 m3/h，合成气浓度为94.9%，比能耗为8.80 k W·h/m3,H2/CO为0.28。在改变CO2流量的过程中，H2/CO最大值为0.44。如前所述，与模拟化合物相比，生物质焦油真实样品不仅成分更复杂，而且含有较多的水，因此有必要揭示焦油含水率对焦油气化的影响。实验保持焦油-苯混合物进料速率在8.97 g/min左右，配伍不同的水的进料速率：1.36 g/min（混合物含水率为13.3%）、3.33 g/min（混合物含水率为27.1%）和7.64 g/min（混合物含水率为46.0%），考察含水率对焦油-苯混合物气化反应的影响。其他实验条件为输入功率13.5 k W，励磁电流8.0 A,Ar流量0.50 m3/h,CO2流量0.17～1.15 m3/h。三组不同含水率条件下，所得到的最优裂解结果及对应的条件如表6所示。可以看出，随着含水率的提高，混合物气化产物中合成气产量最高情况下所需CO2流量变小，说明水作为气化剂参与了反应。在等离子条件下，水分子可分解生成OH和H自由基，促进气化过程的进行。图11为不同含水率混合物气化实验中，产品气中H2与CO浓度的变化情况，可以看出，含水率越高，H2浓度越大，CO浓度越小，H2/CO摩尔比越大。这主要是因为含水率越高，水反应产生的H越多，导致反应器中H含量越多、CO含量越少。由此可以说明，若想提高产品气中H2的含量，可结合实际情况在反应时加入适量水，或者在反应前不对生物质焦油进行除水或仅少量除水，可减少后续的水煤气变换反应来增加H。但过多的水在加热气化时会消耗过多的能量，使反应器内温度下降，并且会限制等离子体中的电子密度，降低活性粒子的活性。因此在实际应用中，应根据所需产品气CO与H2比例、能耗等因素综合考量，合理调控焦油含水率以获取最佳效果。
如前所述，与模拟化合物相比，生物质焦油真实样品不仅成分更复杂，而且含有较多的水，因此有必要揭示焦油含水率对焦油气化的影响。实验保持焦油-苯混合物进料速率在8.97 g/min左右，配伍不同的水的进料速率：1.36 g/min（混合物含水率为13.3%）、3.33 g/min（混合物含水率为27.1%）和7.64 g/min（混合物含水率为46.0%），考察含水率对焦油-苯混合物气化反应的影响。其他实验条件为输入功率13.5 k W，励磁电流8.0 A,Ar流量0.50 m3/h,CO2流量0.17～1.15 m3/h。三组不同含水率条件下，所得到的最优裂解结果及对应的条件如表6所示。可以看出，随着含水率的提高，混合物气化产物中合成气产量最高情况下所需CO2流量变小，说明水作为气化剂参与了反应。在等离子条件下，水分子可分解生成OH和H自由基，促进气化过程的进行。图11为不同含水率混合物气化实验中，产品气中H2与CO浓度的变化情况，可以看出，含水率越高，H2浓度越大，CO浓度越小，H2/CO摩尔比越大。这主要是因为含水率越高，水反应产生的H越多，导致反应器中H含量越多、CO含量越少。由此可以说明，若想提高产品气中H2的含量，可结合实际情况在反应时加入适量水，或者在反应前不对生物质焦油进行除水或仅少量除水，可减少后续的水煤气变换反应来增加H。但过多的水在加热气化时会消耗过多的能量，使反应器内温度下降，并且会限制等离子体中的电子密度，降低活性粒子的活性。因此在实际应用中，应根据所需产品气CO与H2比例、能耗等因素综合考量，合理调控焦油含水率以获取最佳效果。图1 1 不同含水率的混合物气化产品气中CO与H2浓度
【参考文献】：
期刊论文
[1]生物质焦油模型化合物脱除研究进展[J]. 马帅,胡笑颖,董长青,赵莹,王孝强,赵锦. 林产化学与工业. 2019(04)
[2]低温等离子体协同铜铈催化剂脱除甲苯[J]. 甘蓉丽,罗光前,许洋,梅瑞冬,朱海露,周梦丽. 化工进展. 2018(09)
[3]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)
[4]生物质气化焦油处理技术的最新研究进展[J]. 刘玉环,朱普琪,王允圃,阮榕生,温平威,万益琴. 现代化工. 2013(11)
[5]生物质焦油的特性及其去除方法的研究现状[J]. 袁惠新,王宁,付双成,单振红. 过滤与分离. 2011(03)
[6]生物质气化中焦油的产生及处理方法[J]. 鲍振博,靳登超,刘玉乐,郭俊旺. 农机化研究. 2011(08)
[7]生物质热解焦油的性质与化学利用研究现状[J]. 边轶,刘石彩,简相坤. 生物质化学工程. 2011(02)
[8]生物质气化中焦油的产生及其危害性[J]. 鲍振博,靳登超,刘玉乐,郭俊旺. 安徽农业科学. 2011(04)
[9]中国生物质能利用现状与发展前景[J]. 李景明,薛梅. 农业科技管理. 2010(02)
[10]林业生物质能源发展现状及展望[J]. 许小骏. 山西农业科学. 2008(08)
硕士论文
[1]微波诱导金属放电催化转化生物质焦油的研究[D]. 王青.山东大学 2018
本文编号：3592946
【文章来源】：化工学报. 2020,71(10)北大核心EICSCD
【文章页数】：10 页
【图文】：
50 k W等离子炬实验系统
首先配制了焦油质量分数41.1%、含水率13.3%的焦油-苯混合物，考察了CO2流量对焦油-苯混合物气化效果的影响，实验条件选择励磁电流8.0 A、Ar流量0.5 m3/h、混合物进料速率10.23 g/min、输入功率13.5 k W,CO2流量控制在0.60～1.15 m3/h之间。如表5和图10所示，CO2流量对焦油-苯混合物气化的影响与对苯及苯萘混合物气化的影响相同，且气化产品气主要为CO、H2和CO2。随着CO2流量的增大，H2浓度逐渐减小，CO和CO2浓度则逐步增高。H2和CO产量则呈先增大后减小的趋势，H2/CO之比逐渐减小。在CO2流量为0.86 m3/h时，H2和CO产量之和达到最大值，为1.55 m3/h，合成气浓度为94.9%，比能耗为8.80 k W·h/m3,H2/CO为0.28。在改变CO2流量的过程中，H2/CO最大值为0.44。如前所述，与模拟化合物相比，生物质焦油真实样品不仅成分更复杂，而且含有较多的水，因此有必要揭示焦油含水率对焦油气化的影响。实验保持焦油-苯混合物进料速率在8.97 g/min左右，配伍不同的水的进料速率：1.36 g/min（混合物含水率为13.3%）、3.33 g/min（混合物含水率为27.1%）和7.64 g/min（混合物含水率为46.0%），考察含水率对焦油-苯混合物气化反应的影响。其他实验条件为输入功率13.5 k W，励磁电流8.0 A,Ar流量0.50 m3/h,CO2流量0.17～1.15 m3/h。三组不同含水率条件下，所得到的最优裂解结果及对应的条件如表6所示。可以看出，随着含水率的提高，混合物气化产物中合成气产量最高情况下所需CO2流量变小，说明水作为气化剂参与了反应。在等离子条件下，水分子可分解生成OH和H自由基，促进气化过程的进行。图11为不同含水率混合物气化实验中，产品气中H2与CO浓度的变化情况，可以看出，含水率越高，H2浓度越大，CO浓度越小，H2/CO摩尔比越大。这主要是因为含水率越高，水反应产生的H越多，导致反应器中H含量越多、CO含量越少。由此可以说明，若想提高产品气中H2的含量，可结合实际情况在反应时加入适量水，或者在反应前不对生物质焦油进行除水或仅少量除水，可减少后续的水煤气变换反应来增加H。但过多的水在加热气化时会消耗过多的能量，使反应器内温度下降，并且会限制等离子体中的电子密度，降低活性粒子的活性。因此在实际应用中，应根据所需产品气CO与H2比例、能耗等因素综合考量，合理调控焦油含水率以获取最佳效果。
如前所述，与模拟化合物相比，生物质焦油真实样品不仅成分更复杂，而且含有较多的水，因此有必要揭示焦油含水率对焦油气化的影响。实验保持焦油-苯混合物进料速率在8.97 g/min左右，配伍不同的水的进料速率：1.36 g/min（混合物含水率为13.3%）、3.33 g/min（混合物含水率为27.1%）和7.64 g/min（混合物含水率为46.0%），考察含水率对焦油-苯混合物气化反应的影响。其他实验条件为输入功率13.5 k W，励磁电流8.0 A,Ar流量0.50 m3/h,CO2流量0.17～1.15 m3/h。三组不同含水率条件下，所得到的最优裂解结果及对应的条件如表6所示。可以看出，随着含水率的提高，混合物气化产物中合成气产量最高情况下所需CO2流量变小，说明水作为气化剂参与了反应。在等离子条件下，水分子可分解生成OH和H自由基，促进气化过程的进行。图11为不同含水率混合物气化实验中，产品气中H2与CO浓度的变化情况，可以看出，含水率越高，H2浓度越大，CO浓度越小，H2/CO摩尔比越大。这主要是因为含水率越高，水反应产生的H越多，导致反应器中H含量越多、CO含量越少。由此可以说明，若想提高产品气中H2的含量，可结合实际情况在反应时加入适量水，或者在反应前不对生物质焦油进行除水或仅少量除水，可减少后续的水煤气变换反应来增加H。但过多的水在加热气化时会消耗过多的能量，使反应器内温度下降，并且会限制等离子体中的电子密度，降低活性粒子的活性。因此在实际应用中，应根据所需产品气CO与H2比例、能耗等因素综合考量，合理调控焦油含水率以获取最佳效果。图1 1 不同含水率的混合物气化产品气中CO与H2浓度
【参考文献】：
期刊论文
[1]生物质焦油模型化合物脱除研究进展[J]. 马帅,胡笑颖,董长青,赵莹,王孝强,赵锦. 林产化学与工业. 2019(04)
[2]低温等离子体协同铜铈催化剂脱除甲苯[J]. 甘蓉丽,罗光前,许洋,梅瑞冬,朱海露,周梦丽. 化工进展. 2018(09)
[3]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)
[4]生物质气化焦油处理技术的最新研究进展[J]. 刘玉环,朱普琪,王允圃,阮榕生,温平威,万益琴. 现代化工. 2013(11)
[5]生物质焦油的特性及其去除方法的研究现状[J]. 袁惠新,王宁,付双成,单振红. 过滤与分离. 2011(03)
[6]生物质气化中焦油的产生及处理方法[J]. 鲍振博,靳登超,刘玉乐,郭俊旺. 农机化研究. 2011(08)
[7]生物质热解焦油的性质与化学利用研究现状[J]. 边轶,刘石彩,简相坤. 生物质化学工程. 2011(02)
[8]生物质气化中焦油的产生及其危害性[J]. 鲍振博,靳登超,刘玉乐,郭俊旺. 安徽农业科学. 2011(04)
[9]中国生物质能利用现状与发展前景[J]. 李景明,薛梅. 农业科技管理. 2010(02)
[10]林业生物质能源发展现状及展望[J]. 许小骏. 山西农业科学. 2008(08)
硕士论文
[1]微波诱导金属放电催化转化生物质焦油的研究[D]. 王青.山东大学 2018
本文编号：3592946
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