生物質(zhì)氣化過(guò)程中副產(chǎn)的焦油不僅有腐蝕設(shè)備、堵塞管道等危害,而且會(huì)降低生物質(zhì)氣化效率,傳統(tǒng)的物理處理與熱裂解處理方法存在諸多不足。本文基于旋轉(zhuǎn)弧熱等離子體反應(yīng)裝置,以二氧化碳作為等離子介質(zhì),選取苯及苯萘混合物作為生物質(zhì)焦油的模型化合物進(jìn)行了氣化實(shí)驗(yàn),實(shí)現(xiàn)了向合成氣的高效轉(zhuǎn)化（碳收率可達(dá)到90%以上）,初步顯示了該路線的可行性。進(jìn)一步分析了真實(shí)生物質(zhì)焦油的物質(zhì)組成,考察了二氧化碳等離子體對(duì)焦油的氣化性能,焦油內(nèi)的水分可作為氣化劑,調(diào)節(jié)合成氣中H2/CO的比例（0.3～1）。上述結(jié)果為生物質(zhì)焦油無(wú)害化、資源化利用技術(shù)的發(fā)展提供了新的思路。 

【文章來(lái)源】：化工學(xué)報(bào). 2020,71(10)北大核心EICSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：10 頁(yè)

【圖文】：

50 k W等離子炬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

首先配制了焦油質(zhì)量分?jǐn)?shù)41.1%、含水率13.3%的焦油-苯混合物，考察了CO2流量對(duì)焦油-苯混合物氣化效果的影響，實(shí)驗(yàn)條件選擇勵(lì)磁電流8.0 A、Ar流量0.5 m3/h、混合物進(jìn)料速率10.23 g/min、輸入功率13.5 k W,CO2流量控制在0.60～1.15 m3/h之間。如表5和圖10所示，CO2流量對(duì)焦油-苯混合物氣化的影響與對(duì)苯及苯萘混合物氣化的影響相同，且氣化產(chǎn)品氣主要為CO、H2和CO2。隨著CO2流量的增大，H2濃度逐漸減小，CO和CO2濃度則逐步增高。H2和CO產(chǎn)量則呈先增大后減小的趨勢(shì)，H2/CO之比逐漸減小。在CO2流量為0.86 m3/h時(shí)，H2和CO產(chǎn)量之和達(dá)到最大值，為1.55 m3/h，合成氣濃度為94.9%，比能耗為8.80 k W·h/m3,H2/CO為0.28。在改變CO2流量的過(guò)程中，H2/CO最大值為0.44。如前所述，與模擬化合物相比，生物質(zhì)焦油真實(shí)樣品不僅成分更復(fù)雜，而且含有較多的水，因此有必要揭示焦油含水率對(duì)焦油氣化的影響。實(shí)驗(yàn)保持焦油-苯混合物進(jìn)料速率在8.97 g/min左右，配伍不同的水的進(jìn)料速率：1.36 g/min（混合物含水率為13.3%）、3.33 g/min（混合物含水率為27.1%）和7.64 g/min（混合物含水率為46.0%），考察含水率對(duì)焦油-苯混合物氣化反應(yīng)的影響。其他實(shí)驗(yàn)條件為輸入功率13.5 k W，勵(lì)磁電流8.0 A,Ar流量0.50 m3/h,CO2流量0.17～1.15 m3/h。三組不同含水率條件下，所得到的最優(yōu)裂解結(jié)果及對(duì)應(yīng)的條件如表6所示。可以看出，隨著含水率的提高，混合物氣化產(chǎn)物中合成氣產(chǎn)量最高情況下所需CO2流量變小，說(shuō)明水作為氣化劑參與了反應(yīng)。在等離子條件下，水分子可分解生成OH和H自由基，促進(jìn)氣化過(guò)程的進(jìn)行。圖11為不同含水率混合物氣化實(shí)驗(yàn)中，產(chǎn)品氣中H2與CO濃度的變化情況，可以看出，含水率越高，H2濃度越大，CO濃度越小，H2/CO摩爾比越大。這主要是因?yàn)楹试礁�，水反�?yīng)產(chǎn)生的H越多，導(dǎo)致反應(yīng)器中H含量越多、CO含量越少。由此可以說(shuō)明，若想提高產(chǎn)品氣中H2的含量，可結(jié)合實(shí)際情況在反應(yīng)時(shí)加入適量水，或者在反應(yīng)前不對(duì)生物質(zhì)焦油進(jìn)行除水或僅少量除水，可減少后續(xù)的水煤氣變換反應(yīng)來(lái)增加H。但過(guò)多的水在加熱氣化時(shí)會(huì)消耗過(guò)多的能量，使反應(yīng)器內(nèi)溫度下降，并且會(huì)限制等離子體中的電子密度，降低活性粒子的活性。因此在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)所需產(chǎn)品氣CO與H2比例、能耗等因素綜合考量，合理調(diào)控焦油含水率以獲取最佳效果。

如前所述，與模擬化合物相比，生物質(zhì)焦油真實(shí)樣品不僅成分更復(fù)雜，而且含有較多的水，因此有必要揭示焦油含水率對(duì)焦油氣化的影響。實(shí)驗(yàn)保持焦油-苯混合物進(jìn)料速率在8.97 g/min左右，配伍不同的水的進(jìn)料速率：1.36 g/min（混合物含水率為13.3%）、3.33 g/min（混合物含水率為27.1%）和7.64 g/min（混合物含水率為46.0%），考察含水率對(duì)焦油-苯混合物氣化反應(yīng)的影響。其他實(shí)驗(yàn)條件為輸入功率13.5 k W，勵(lì)磁電流8.0 A,Ar流量0.50 m3/h,CO2流量0.17～1.15 m3/h。三組不同含水率條件下，所得到的最優(yōu)裂解結(jié)果及對(duì)應(yīng)的條件如表6所示�？梢钥闯觯S著含水率的提高，混合物氣化產(chǎn)物中合成氣產(chǎn)量最高情況下所需CO2流量變小，說(shuō)明水作為氣化劑參與了反應(yīng)。在等離子條件下，水分子可分解生成OH和H自由基，促進(jìn)氣化過(guò)程的進(jìn)行。圖11為不同含水率混合物氣化實(shí)驗(yàn)中，產(chǎn)品氣中H2與CO濃度的變化情況，可以看出，含水率越高，H2濃度越大，CO濃度越小，H2/CO摩爾比越大。這主要是因?yàn)楹试礁撸磻?yīng)產(chǎn)生的H越多，導(dǎo)致反應(yīng)器中H含量越多、CO含量越少。由此可以說(shuō)明，若想提高產(chǎn)品氣中H2的含量，可結(jié)合實(shí)際情況在反應(yīng)時(shí)加入適量水，或者在反應(yīng)前不對(duì)生物質(zhì)焦油進(jìn)行除水或僅少量除水，可減少后續(xù)的水煤氣變換反應(yīng)來(lái)增加H。但過(guò)多的水在加熱氣化時(shí)會(huì)消耗過(guò)多的能量，使反應(yīng)器內(nèi)溫度下降，并且會(huì)限制等離子體中的電子密度，降低活性粒子的活性。因此在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)所需產(chǎn)品氣CO與H2比例、能耗等因素綜合考量，合理調(diào)控焦油含水率以獲取最佳效果。圖1 1 不同含水率的混合物氣化產(chǎn)品氣中CO與H2濃度

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]生物質(zhì)焦油模型化合物脫除研究進(jìn)展[J]. 馬帥,胡笑穎,董長(zhǎng)青,趙瑩,王孝強(qiáng),趙錦.  林產(chǎn)化學(xué)與工業(yè). 2019(04)
[2]低溫等離子體協(xié)同銅鈰催化劑脫除甲苯[J]. 甘蓉麗,羅光前,許洋,梅瑞冬,朱海露,周夢(mèng)麗.  化工進(jìn)展. 2018(09)
[3]生物質(zhì)熱解焦油脫除方法研究進(jìn)展[J]. 吳悠,趙立欣,孟海波,叢宏斌,姚宗路,侯書林.  化工環(huán)保. 2016(01)
[4]生物質(zhì)氣化焦油處理技術(shù)的最新研究進(jìn)展[J]. 劉玉環(huán),朱普琪,王允圃,阮榕生,溫平威,萬(wàn)益琴.  現(xiàn)代化工. 2013(11)
[5]生物質(zhì)焦油的特性及其去除方法的研究現(xiàn)狀[J]. 袁惠新,王寧,付雙成,單振紅.  過(guò)濾與分離. 2011(03)
[6]生物質(zhì)氣化中焦油的產(chǎn)生及處理方法[J]. 鮑振博,靳登超,劉玉樂(lè),郭俊旺.  農(nóng)機(jī)化研究. 2011(08)
[7]生物質(zhì)熱解焦油的性質(zhì)與化學(xué)利用研究現(xiàn)狀[J]. 邊軼,劉石彩,簡(jiǎn)相坤.  生物質(zhì)化學(xué)工程. 2011(02)
[8]生物質(zhì)氣化中焦油的產(chǎn)生及其危害性[J]. 鮑振博,靳登超,劉玉樂(lè),郭俊旺.  安徽農(nóng)業(yè)科學(xué). 2011(04)
[9]中國(guó)生物質(zhì)能利用現(xiàn)狀與發(fā)展前景[J]. 李景明,薛梅.  農(nóng)業(yè)科技管理. 2010(02)
[10]林業(yè)生物質(zhì)能源發(fā)展現(xiàn)狀及展望[J]. 許小駿.  山西農(nóng)業(yè)科學(xué). 2008(08)

碩士論文
[1]微波誘導(dǎo)金屬放電催化轉(zhuǎn)化生物質(zhì)焦油的研究[D]. 王青.山東大學(xué) 2018



本文編號(hào)：3592946