生物质的等离子体气化研究

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1、生物质的等离子体气化研究1•冃U曰随着化石燃料大量利用带來的严重环境问题，世界各国研究者都在积极寻求开发新的替代能源。作为-•种可再生能源，生物质不仅储量丰富，而且可实现C02零排放，其应用能够大大减轻温室效应和环境污染而颇受关注。目前国内外有关生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。由于碳化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具有广泛而重要的工业用途。在生

2、物质气化过程中彻底消除焦汕，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。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T-艺。山于热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，而且产生常温卞不可能发生的化学反应。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(CO+H2)的生成。另外生物质原料中的低N、S含量和等离子体气化气体中低含量的CO2、CH4等杂质，也大大降低了气体

3、精制费用。目前等离子体热解气化的研究工作人多是针对煤的洁净转化和危险废弃物热处理开展的，利用等离了体技术进行煤的热解制取乙烘或通过气化获得化学合成气，加拿大、前苏联、波兰等国家在此方面研究颇多。国内有关的牛物质热解气化研究大多是在中温(600—1000°C)热解气化方面制取可燃气而在高温(>2000°C).高升温速率(>103°C/3)条件下生物质快速热解气化制取化学合成气尚未见报道。在等离子体热解气化系统屮，发牛器的输入功率对反应器温度有明显的影响，而热解气化反应止需耍足够的能量来完成相应的热化学转

4、化，因此本文将开展生物质在氮气等离子体热解为气化研究，着重输入功率、水蒸气流量变化时，在等离子体反应器中的生物质热解气化转化率、气体产率及组成和固体残焦组成变化，为牛物质的等离子体热解气化工艺提供相应的理论依据。2.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1所示：1.钢瓶2.等离丁•体发生器控制系统3.反应器4.螺旋进料控制系统5.料斗6.气体取样系统7.灰室8.旋风分离器9.过滤器10.水洗槽11.循

5、环水冷却系统12.U型管测压系统13.电热水蒸气发牛器实验前首先启动电热水蒸气发牛器，待其运行稳定时，调整水蒸气流量至实验设定值.用氮气先吹扫气化反应器儿分钟，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利运行时间。启动等离子体发生器系统进行反应器预热，系统运行稳定后，用动螺旋进料器，打开水蒸气调节问，调节载气流量，使通过螺旋进料器的物料喷人等离了体反应器内的电弧屮进行快速气化，产生的气化气体依次经过冷却、旋风分离器、过滤和水洗系统后排空。实验过程中从反应器取出一定量的气体经过水

6、洗、干燥后进人气相色谱分析。收集实验中产生的固体残渣进行相应的分析测试。本实验选用生物质（杉木粉，颗粒粒度：22-60目）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1。（注：O含量由差减法得到）采用岛津GC-208分析仪进行分析热解气化产生的气体中HZ、CO、COZ、CH4、CZH6、CH4、C2H2等，其检测系统为热导池（TCD）检测器。（注：以下实验数据中的气体组分体积均已扣除氮气组分）。表1原料的工业分析与元素分析工业分析（wt%）元素分析（wt%）热值（KJ/Kg）挥发份固定碳灰

7、份CHONS杉木87.3111.601.0948.817.2442.260.230.3718619.25等离子体反应器工作参数：工作气体N2主气流量3,om3/h副气流量2.om3/h载气N2载气流量2.0m3/h工作压力常压工作电流120A—220A工作电压240V螺旋进料器进料速率35g/min水蒸气发生器流量0.6〜2.ZKg/h（注：直流电弧等离子体发生器丁作气体与进料所用的载气均为丁业用氮气）2.实验结果•分析3.1生物质等离了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

8、高温下挥发份的析岀和分解以及固定碳的气化反应，其屮热解是生物质气化过程中的重要步骤。反应温度对生物质热解气化的产物分布及组龈决定性的作用，而等离了体输人功率对反应器的温度场分布影响最为明显，因此本实验将着重考察生物质在不同输人功率下的等离于体热解变化悄况。保持进料速率（35g/min）＞物料颗粒粒度（20—60目）不变的条件下，改变等离于体发生器的输人功率，考察其对杉木粉在氮气等离于体形成的高温反应器内的快速热解气体产物组成、气体产率与HZ/CO比率、气