生物质等离子体气化研究_

第卷年第月期太阳入能学报么义】文章编号优巧今加创洲巧《体今场冬仿生物质等离子体气化研究赵增立,,李海滨,吴创之,陈勇中国科学技术大学热能工程系合肥袱中国科学院广州能源研究所广州肠喇摘流量要在热等离子体提供的高温玩和高能量反应环境中进行生物质的快速热解气化研究比率为生物质的等离子体热解气化产物由固体残渣和气体组成无焦油存在气体产物中主要以化学合成气氏和卯一为主增加水蒸气含量之和均在等离子体以上且氏巧气体产率达到碳的气相转化率很高关键词中圈分类号生物质气化卫文献标识码引且可实现言解气化的研究工作大多是针对煤的洁净转化和危险废弃物热处理开展的利用等离子体技术进行煤的作为一种可再生能源生物质不仅储量丰富而零排放其应用能够大大减轻温室效‘热解制取乙炔或通过气化获得化学合成气加拿大〕国内前苏联波兰等国家在此方面研究颇多应和环境污染而颇受关注浏目前国内外有关生有关的生物质热解气化研究大多是在中温汉】物质的高效能源利用研究通过热解气化技术来供热发电和热电联供该技术应用推广面临的主要问℃热解气化方面制取可燃气而在高温℃高升温速率护℃条件下生物质快速题是燃气热值较低气化过程产生的焦油较多造成燃气净化困难并导致二次环境污染热解气化制取化学合成气尚未见报道在等离子体由于碳一化热解气化系统中发生器的输人功率对反应器温度学合成技术的迅速发展使合成气在制造石油化工化学产品方面具有广泛而重要的工业用途有明显的影响而热解气化反应正需要足够的能量来完成相应的热化学转化在生物本文将在氮气等离子体质气化过程中彻底消除焦油同时提高热解气化的气体品位获得化学合成气来合成新的液体燃料是生物质能源高效洁净利用新的途径中对生物质进行热解与气化研究并着重考察输人功率水蒸气流量变化时等离子体反应器中热解气化的转化率气体产率及组成和固体残焦组成变化利用热等离子体技术进行生物质热转化利用是一项完全不同于常规热解气化的新工艺为生物质的等离子体热解气化工艺提供相应的理论由于热依据等离子体能够提供一个高温高能量的反应环境不仅可大幅度提高反应速率而且产生常温下不可能发生的化学反应实验装置与方法本实验装置主要包括等离子体发生器控制系统螺旋进料器控制系统气化反应器系统水蒸气发生器气体净化系统和取样分析系统等如图不生物质中的高挥发份含量和氧含量非常利于进行快速高温热解反应和化学合成气风的生成另外生物质原料中的低含所量和等离子体气化气体中低含量的氏等杂质也大大降低了气体精制费用目前等离子体热收稿日期甚金项目印一那以双国家自然科学基金项目科学基金归关刃目广东省自然广东省自然科学基金团队项印汉只© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net

期赵增立等生物质等离子体气化研究厂一一一一取样排空仁一冷却水瞩料斗能。钢瓶等离子体发生器控制系统过滤器水洗槽反应器螺旋进料控制系统气体取样系统灰室旋风分离器循环水冷却系统型管测压系统电热水蒸气发生器图生物质等离子体气化实验装置图曰实验前首先启动电热水蒸气发生器待其运行稳定时调整水蒸气流量至实验设定值口脚饭如的气化气体依次经过冷却旋风分离器过滤和水洗用氮气先系统后排空实验过程中从反应器取出一定量的气吹扫气化反应器几分钟打开冷却水系统工作电源和工作气体设定实验所需的螺旋进料器的转速和体经过水洗干燥后进行气相色谱分析中产生的固体残渣进行相应的分析测试收集实验运行时间启动等离子体发生器系统进行反应器预本实验选用生物质杉木粉颗粒粒度热系统运行稳定后启动螺旋进料器打开水蒸气调节阀调节载气流量使通过螺旋进料器的物料喷脚为原料实验前必须先干燥其工业分析和元素分析数据见表人等离子体反应器内的电弧中进行快速气化产生表几盯以原料的工业分析元素分析和热值坦司甲工业分析听绷印元素分析帅始热值杉木的抖采用岛津生的气体中玫分析仪进行分析热解气化产工作电压氏氏凡玫等螺旋进料器进料速率水蒸气发生器流量用氮气留而一注以下实验其检测系统为热导池代检测器数据中的气体组分体积均已扣除氮气组分留注直流电弧等离子体发生器工作气体与进料所用的载气均为工业等离子体反应器工作参数工作气体工作压力工作电流主气流量副气流量耐载气凡载气流量常压一实验结果与分析生物质等离子体热解研究生物质热解气化是一个非常复杂的热化学转化过程主要包括高温下挥发份的析出和分解以及固© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net

太阳能学报一卷定碳的气化反应其中热解是生物质气化过程中的重要步骤度反应温度对生物质热解气化的产物分布,晰脚不变的条件下改变等离子体发生器的输人功率考察其对杉木粉在氮气等离子体形及组成起决定性的作用而等离子体输人功率对〕成的高温反应器内的快速热解气体产物组成气体产率与以从图一反应器的温度场分布影响最为明显因此本实验比率气体热值与碳气相转化将着重考察生物质在不同输人功率下的等离子体热解变化情况率和固体残渣组分的影响相应的实验结果分别见’的保持进料速率留而物料颗粒粒“一一一一一一卜——二一一——斗丰︸先热艺带习片‘”’息严率」‘””僻忆长丫司一一一幻功率八功率八巧的一一一一一一一一一一、一草二扣人裘娜赶怡瞬冲公训唱令一一一五长锻了一二刃一如认翌簿赶享旧啊冲唱余一一一‘一鸽口以一功率功率八气降低至刀肠图输人功率对杉木粉热解气体产率组分和热值及固体残渣组成的影响即闭阴,山祀朋服润环解幻从图中可看出在杉木粉的等离子体热解反应值却由中的王刀肠曰曰由于中热解产物由气体和固体残焦组成无焦油出现和从以高温热分解时原料中的挥发份析出比较完全促使其含量大大降低固体残焦产物分析结果图在输人功率为仅表和是气体产物的主要成分占气体总体积的卯坟上由于高温裂解导致少量的风等不饱和烃时川分别为供和摩尔比分别为左右存在随着等离子体反应器的输人功率增加从和中原料杉木粉的曰苗的含量之和可高达哭以上玫比率保持在固体残焦的灰分含量基本在的体积以上远高于传统热解气体产率在热解温度卿℃阁见图当输相对于常规慢速热解反应固体残焦结构基本保持不变而在等离子体热解反应中由于高温快速热分解反应的剧烈进行导致残焦的形貌发生明显变化原有结人功率从汤增加到味时图左右表明热解反应中碳的气相转化率增加不多即而气体热构彻底破坏颗粒粒度也大大减小见图© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net

期赵增立等生物质等离子体气化研究热解焦℃热解焦刃以洲图固体残焦的扫描电镜照片而喇‘甘峪只卜一一一卜—一—一一,一—一一享如长叫彩场板犷哥省一一一了一侧卜肚二茸二又三三二三至二艾二不二吕习匕水蒸气流量’水蒸气流量饱扩、卜一扬立簇犷划堆,日扫,、。二菜黔公褂长一享酬喇唱如、享妞喇冲鸽众一’“水蒸气流量饱扩水蒸气流量奄图水蒸气流量对杉木粉气化的气体产率组分和热值及固体残渣组成的影响耐记加回胖玉顽已田生物质等离子体水蒸气气化研究体热解的同时引人气化剂水蒸气来调整化学合成气的比率和促进碳的转化而生物质气化过程的另一重要阶段是固定碳的气保持进料速率一砂化反应从上述等离子体热解结果可知气体产物物料颗粒粒度脚输人功率中仇含量很低玩比率不高为此在等离子不变的条件下输人不同流量的水蒸气© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net

太阳能学报卷分析其对杉木粉等离子体气化的产物及组成的影响图和至含量之和均在以上且玩比率增加一是相应的实验结果卯一巧之间气体产率达到碳的高不同于热解反应水蒸气的引人气化反应的进转化率促固体残焦中的灰分含量明显增加参考文献〕〔行导致气体产物中玩含量增加而含量逐渐下降含量稍有增加其它气体含量仍保持很低氏卜知其反应机理如下玫十佩田曲犯耳岁肠闭〕一二。山记迹脚访。面晚加刃场颐【了伟从由图玩和玩机记山正叫田卯和图可知增加水蒸气流量气体产物中凡能随而以访巧叻的含量之和保持在左右而玩比脚‘口勺朗〔〕乙一砂冤〔〕朋率增加可达到约巧气体产率也一直增加相对于李登军高晋生等离子体技术及其在煤制合成气中等离子体反应器内无水蒸气存在时气体产率增加的应用〔煤炭转化哭旧刀一高达等离子体气化反应中随着邱介山何孝军止马腾才煤的水蒸气等离子体气化岌刃水蒸气流量的增大碳的气相转化率可接近实现碳的高转化率但气体热值有所降低图加当水蒸气流量为可达研究现状和前景〔」煤炭转化一托明价咖峪坦气化反应的进行促使固体残焦中的灰分含量明显增留邪时相应的灰分含量词拼川印电叨【一’而图爪汕”明】「仆一田盯司而司结论孚卿坛川恤叫州妞佃班妇等离子体热解产物由固体残渣和气体组成无焦油存在卿】升朋围石朋州玉把气体中主要以化学合成气从和一为主输人功率的增加玫和的含量之和可高达〔〕赵增立唐兰黄海涛等生物质的氮气等离子体比率先增大后减小但保持在以热解研究〔」第十届全国等离子体科学技术会议暨全国青年等离子体讨论会〔〕长沙上而气体热值逐渐降低在等离子体气化过程中提高水蒸气流量从改乃即众飞“‘浇招妙,”砂刃以。才众眠邵以儿疏朋枷盯‘祛沂以远肠四锣彻止讯心肠吧哪理”蜘以伪以叨叮月反必服玛叙叫动佣习伙匆二加七讨花￡记耐田笋玫仆耐笋耐如。腮脚户脚力残十咖仆伽巧江云肠叨比山玩助为护阳坛脚击© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net