生物质热解过程中布朗气(HHO)催化焦油裂解行为的应用基础研究

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生物质热解技术作为生物质能源高效利用的有效途径,可以缓解国家不可再生能源的危机以及环境污染等问题。焦油作为生物质热解过程的中间产物,其低温下易冷凝造成设备堵塞或腐蚀;高温下成气态与热解气混合难以脱除,降低了生物质热解效率。布朗气本身具有易制取、催化性质好以及燃烧无污染等优点,避免了其他固体催化剂在实际应用中带来的结渣、反应接触不均匀等缺陷。本文提出在生物质热解过程中通入少量布朗气(HHO)来促进生物质热解过程中焦油裂解的方法,希望以此来解决生物质热解过程中焦油带来的一系列负面影响。本文基于CHEMKIN模拟软件平台,以苯酚、甲苯、苯、甲基萘和二甲苯作为焦油的模型化合物,建立布朗气-生物质焦油气相化学反应动力学模型,研究通入布朗气情况下生物质焦油的裂解行为。模拟结果验证HHO可以促进生物质热解过程中焦油裂解的可行性,为后续实验进行提供了理论基础。搭建了布朗气-生物质热解焦油催化裂解于一体的固定床微观实验平台。实验过程中,摒弃了以往焦油裂解研究中只选取焦油的某一种或着几种成分作为研究对象的缺点,将生物质热解气中的气相焦油作为主要来源,采用冷态捕集法和重度分析方法对热解气中的焦油进行取样分析。实验研究布朗气(HHO)对固定管式炉内生物质热解时焦油含量的影响。随着热解温度由500℃升高到1000℃,在未通HHO的情况下,松木热解气中焦油含量呈下降趋势,由67.76 g/Nm3下降到47.40 g/Nm3;热解过程中通入1%浓度HHO时,热解气中焦油含量同比下降率分别为1.18%、1.90%、0.86%、2.66%、1.56%、1.48%,热解温度为800℃时,HHO对焦油裂解的促进效果最明显;通入5%浓度HHO时,HHO对焦油裂解的促进作用明显优于通入1%浓度HHO,热解温度为800℃时促进效果最为明显,相较于未通HHO焦油含量下降9.4%,当热解温度高于800℃时,提高HHO浓度对焦油裂解的促进作用与通入1%浓度HHO情况下无明显差异,可知提高HHO浓度时,热解温度过高对焦油裂解没有更好的促进效果。根据实验数据可知,HHO的通入能够促进焦油成分中羰基的断裂,并对焦油裂解起到了一定的催化作用;提高HHO浓度能够进一步促进焦油裂解,随着热解温度的升高,在800℃时促进的效果最为明显。本文基于最佳实验条件下所得数据计算出,每裂解1g焦油,所需通入HHO的理论值为0.0348 Nm3/h,进一步说明HHO促进焦油裂解的经济性。
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