生物质热解焦油的热裂解与催化裂解_骆仲泱

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1、第18卷第2期高校化学工程学报No.2Vol.182004年4月JournalofChemicalEngineeringofChineseUniversitiesApr.2004文章编号：1003-9015(2004)02-0162-06生物质热解焦油的热裂解与催化裂解骆仲泱,张晓东,周劲松,倪明江,岑可法(能源洁净利用与环境工程教育部重点实验室，浙江大学热能工程研究所，浙江杭州，310027)摘要：生物质气化过程中产生的焦油对气化系统和用气设备都有极大的危害。为了开发适合于商业应用的焦油缩减方法，探索达到最优焦油脱除效果的操作条件，在固定床反应器上，利用石灰石、白

2、云石、高铝砖作为催化剂研究了生物质(稻秆、稻壳、木屑等)热解焦油的催化裂解反应，利用炭化硅作为热载体研究了焦油的热裂解反应，对热解煤气中焦油含量的变化以及热解煤气组成和热值的变化进行了比较，并对裂解温度、气相停留时间等因素对裂解效果的影响进行了探讨。实验发现，600~900℃范围内ηtar随裂解温度升高而升高，900℃时热裂解条件下可达60%，而催化裂解条件下可达90%以上。0.5~1s范围内，ηtar随停留时间增加而升高，幅度约7%~10%。相比于原始煤气，裂解后煤气组成出现了较大变化，热裂解后煤气热值增加，而催化裂解后煤气热值下降，且热裂解与催化裂解处理后煤气组

3、成也有较大差异。关键词：生物质；焦油；裂解；催化中图分类号：TQ524;TE624.031;TE624.41文献标识码：A1引言随着生物质热解气化技术研究和应用的深入，气化过程中产生的焦油的影响也愈来愈为研究者所重视。在生物质材料的裂解气化过程中，焦油是作为气态产物的伴随产物出现的，含量虽小，但其危害却是不容忽视的。在较低温度水平下热解煤气中的焦油将发生冷凝，附着于煤气管道内壁和储气设备壁面上，并与煤气中飞灰、碳等颗粒物质相互作用，严重时堵塞管道，影响系统运行和安全，并且[1，2]热解煤气中的焦油含量过高时还会对用气设备的安全稳定运行产生影响。为减少煤气中焦油含量，

4、[1,3，4]国内外研究人员进行了多方面的探索，其中催化裂解被认为是最具潜力的方式。在适当的催化剂作用下，使煤气中的焦油成分发生深度裂解，将具有较大分子量的焦油组分转化为小分子的气态产物或者它种可凝焦油组分，从而减小总体焦油含量，同时增加气态产物的产量。2实验部分2.1催化剂材料实验中采用了目前较为常见的几种材料作为催化剂，原因是其价格低廉，容易获得，适于大规模实际应用。各催化剂材料的工业分析数据见表1，其中炭化硅作为一种惰性催化剂而一并列出。采用的催化剂材料事先均经过研磨，采用2~4mm粒径范围作为试验材料。表1催化剂材料工业分析Table1Analysisdat

5、aofcatalystmaterialsCatalystmaterialSiO2/%Al2O3/%Fe2O3/%CaO/%MgO/%Loss/%Dolomite2.210.970.5430.520.245.00Limestone00.590.2554.680.3243.30Aluminabrick18.1775.881.400.890.510.62Siliconcarbide73.211.600.760.360.900.21收稿日期：2002-07-16；修订日期：2003-01-08。基金项目：国家杰出青年基金项目(50025618)，浙江省院士基金项目(2002

6、300501)，英国SHELL基金项目。作者简介：骆仲泱(1962-)，男，浙江绍兴人，浙江大学教授。通讯联系人：周劲松，Email:zhoujs@zju.edu.cn第18卷第2期骆仲泱等：生物质热解焦油的热裂解与催化裂解16312.2裂解反应器2实验采用的热解煤气来自生物质热解气化反应器，39热解物料包括稻杆、稻壳和木屑。实验系统的整体布置104以及煤气和焦油的取样分析方法在文献[5]中有详细表56述。本文中所列数据皆为热解温度850℃和物料滞留时11[5]间70s条件下的实验结果。焦油裂解反应器采用固定712床形式，催化剂填充于f50mm的不锈钢管内，反应段长

7、13度0.5m，其具体结构见图1。裂解反应器进、出口位置1098布置有温度、压力测点，以监测裂解器内的反应情况。14裂解器中心位置布置一只热电偶，并以其数据作为裂解图1焦油裂解反应器略图温度。在裂解器进口和出口均布置煤气和焦油的取样口，Fig.1Schematicdiagramoftarcracker以便对所得结果进行对比。煤气样采用GC分析其中H2、1.gasinlet2.valve3.monitoroftemperatureandpressure4.gasdistributor5.resistancewire6.catalystCO、CH4、CO2、O2、N