溫度及流化床床料對生物質(zhì)熱裂解產(chǎn)物分布的影響研究

信寧 張琳

【摘要】為了研究在生物質(zhì)熱裂解產(chǎn)物受不同熱裂解溫度和流化床床料兩個參數(shù)的影響情況，本文基于高溫?zé)煔獍l(fā)生爐加熱的小型流化床，采用玉米秸稈粉作為生產(chǎn)原料，并試驗(yàn)分別將白云石、石英砂和高鋁礬土作為流化床床料，并在450℃、475℃、500℃以及525℃幾個不同溫度下的熱裂解液化試驗(yàn)，從而研究了溫度和流化床床料的影響情況。

【關(guān)鍵詞】流化床；溫度；熱裂解；產(chǎn)物分布

引言

生物質(zhì)的熱裂解反應(yīng)過程中，熱裂解產(chǎn)物的的分布情況受到生物質(zhì)顆粒傳熱方式的決定性影響。生物質(zhì)熱裂解包含了一些列復(fù)雜的物理以及化學(xué)反應(yīng)，受到的影響因素比較多。本文基于高溫?zé)煔獍l(fā)生爐加熱的小型流化床，采用玉米秸稈粉作為生產(chǎn)原料，并試驗(yàn)采用不同的物質(zhì)作為流化床床料，并在不同溫度下的熱裂解液化試驗(yàn)，從而研究了溫度和流化床床料的影響情況。

1.試驗(yàn)設(shè)備與方法

1.1 試驗(yàn)材料

本文采用玉米秸稈粉作為試驗(yàn)原料，原料的制作過程為：將玉米秸稈進(jìn)行風(fēng)干，用飼料粉碎機(jī)作壓碎處理，取低于20目的秸稈粉即可用于試驗(yàn)。另外由于曬干后的秸稈粉仍有一定的水分，將對生物質(zhì)熱裂解過程造成一定的影響。因此還需要將玉米秸稈粉使用電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱進(jìn)行烘干處理。

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

本文采用等離子加熱流化床生物質(zhì)裂解液化裝置進(jìn)行試驗(yàn)，并對裝置進(jìn)行了一些改進(jìn)。首先使用高溫?zé)煔獍l(fā)生爐替換了等離子體，這樣可提供高溫貧氧煙氣，可作為熱裂解過程中的熱載氣。此外，在流化床反應(yīng)段外壁纏繞了兩端電爐絲，這樣可有效保持床內(nèi)溫度，有效控制熱裂解溫度，防止其他因素對溫度造成的影響。

1.3 試驗(yàn)方案

生物質(zhì)熱裂解過程受到的影響因素比較多。本文的試驗(yàn)中采用玉米秸稈粉作為試驗(yàn)原料，加料速率恒定控制在4KG/H，因此可忽略該因素的影響。在同樣的載氣量條件下，由于床料本身的特性，不同的床料將對生物質(zhì)熱裂解過程造成一定的影響。基于此本文挑選20～50目的物料作為床料，同時(shí)空氣壓縮機(jī)氣體流量值設(shè)定為10m3/H。不同的熱裂解溫度將導(dǎo)致熱載氣量的不同，從而影響熱裂解反應(yīng)過程，本文分別試驗(yàn)了450℃、475℃、500℃以及525℃幾個溫度的影響。

1.4 床料的選擇

選擇床料時(shí)，必須充分考慮生物質(zhì)的氣化和高壓液化、煤的液化與氣化的催化劑選用情況。綜合考慮各種因素，本文選取了白云石、石英砂和高鋁礬土作為流化床床料。白云石不僅成本低、而且催化效果好，白云石煅燒后形成的CaO-MgO絡(luò)合物是一種混合氧化物的催化劑。為了對比不同床料的影響，本文還選擇了石英砂以及高鋁礬土進(jìn)行試驗(yàn)分析。

2.試驗(yàn)結(jié)果及分析

本文試驗(yàn)得到的生物油分為上下兩層，上層為輕質(zhì)生物油，顏色由紅褐色慢慢退變?yōu)樯詈稚@反映了該油層的性質(zhì)不夠穩(wěn)定；下層為重質(zhì)生物油，呈現(xiàn)黑色瀝青質(zhì)狀。本文不僅分析了溫度和床料因素對產(chǎn)物分布的影響，還分析了研究因素對輕質(zhì)和重質(zhì)生物油所占比例的影響。

2.1 不同溫度下熱裂解產(chǎn)物的分布情況

本文試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在不同的流化床床料下都呈現(xiàn)同一個規(guī)律，即生物油的收集率歲溫度升高而增大，當(dāng)溫度達(dá)到一定限值后，生物油的收集率開始呈現(xiàn)下降規(guī)律。而殘?zhí)康氖占室恢彪S著溫度的上升而降低。

圖1反映了采用石英砂作為流化床床料時(shí)，不同溫度下的固液產(chǎn)物收集率曲線。從圖中可以看出，當(dāng)溫度為450℃時(shí)，殘?zhí)康氖占屎蜕镉褪占时容^接近，大約為31%。此后隨著溫度的上升，生物油收集率出現(xiàn)先上升后下降的趨勢，而殘?zhí)渴占室恢背尸F(xiàn)下降趨勢。生物油收集率在500℃時(shí)，達(dá)到39.5%左右；殘?zhí)康氖占试?25℃時(shí)達(dá)到最低，約為28.5%。

3.結(jié)語

通過本文的試驗(yàn)和分析，主要可得到以下幾點(diǎn)結(jié)論：

（1）不論采用何種流化床床料，生物油的收集率均隨溫度的升高而增大，當(dāng)溫度達(dá)到一定的限值之后，生物油開始呈現(xiàn)下降趨勢。生物油的最大收集率對應(yīng)的熱裂解溫度均為500℃左右。而殘?zhí)康氖占孰S著溫度的升高一直下降。

（2）重質(zhì)生物油比重隨溫度的變化規(guī)律與生物油收集率變化趨勢基本相似，均是先隨溫度升高而增大，而后呈現(xiàn)下降趨勢。

（3）采用白云石作為床料時(shí)，生物油的收集率較高。同時(shí)白云石床料的殘?zhí)渴占室裁黠@低于其余兩種床料。

（4）從獲得更多輕質(zhì)油的目的出發(fā)，建議采用白云石作為床料、熱裂解溫度525℃為宜。

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