典型生物质热解气化气体释放及焦油析出特性研究

论文摘要

能源危机及环境污染问题的日益严重，使分布广泛、产量巨大且二氧化碳“零排放”的可再生能源生物质能的资源化利用引起广泛关注。生物质气化技术是以生物质为原料，以气体为目标产物的生物质能利用技术之一，因产物用途广泛受到了越来越多的关注。本文对我国丰富的农业废弃物资源谷壳等作为主要研究对象，对其进行了热解及水蒸汽气化实验，研究了热转化过程中气体及焦油的释放特性。首先用Gasboard-3100气体分析仪测量反应过程中产气的组分，对比了不同温度下谷壳在惰性气氛及水蒸汽存在的条件下，即热解与气化过程中气体的实时释放特性。研究发现在两种气氛中气体的初始释放特性一致，即大量的挥发分迅速释放，在有水蒸汽存在的工况下，焦与水蒸汽的反应使气体产量明显增大，且温度越高，气体产量增加越多。其次，考察操作条件、生物质种类及催化剂对水蒸汽气化反应的影响。研究发现粒径越小、停留时间越长，气体产量越大，但这两个条件对气体组分的影响不大。水蒸汽的加入能明显促进气体产量的增加，特别是提高氢气产量。不同生物质的气化特性也不同，其中，木屑的气化活性较稻草和谷壳的高。催化剂的加入能明显提高气化速率，其中CaO催化剂对气体产量提升最大，Fe2O3能促进CH4的减少并降低焦油含量。最后选取6个典型工况，分别是700℃热解、800℃热解和气化（无催化剂和加入CaO、MgO、Fe2O3），深入研究不同工况下生物质焦油的析出特性，使用GC/MS和重量法分析焦油组分和焦油产量。结果表明高温、水蒸汽的加入能促进焦油的裂解，但会增大焦油的芳香性；三种催化剂对焦油裂解均有促进作用，程度由大到小依次是Fe2O3、CaO、MgO，特别是Fe2O3的加入使可检测出的焦油组分的种类明显减少。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 生物质能的特点
• 1.2 生物质能的利用现状
• 1.3 课题的提出
• 1.4 主要研究内容
• 2 生物质气化研究综述及台架介绍
• 2.1 生物质气化
• 2.2 生物质气化焦油
• 2.3 实验台架介绍
• 2.4 本章小结
• 3 生物质热解气化中气体释放特性
• 3.1 引言
• 3.2 实验方案介绍
• 3.3 气体释放特性分析
• 3.4 催化剂对谷壳水蒸汽气化的影响
• 3.5 本章小结
• 4 生物质热解气化反应过程中焦油释放特性
• 4.1 引言
• 4.2 焦油处理及检测方法
• 4.3 气化过程中焦油析出特性的影响
• 4.4 本章小结
• 5 全文总结与建议
• 5.1 全文总结
• 5.2 下一步工作建议
• 致谢
• 参考文献