温度及流化床床料对生物质热裂解产物分布的影响研究

信宁 张琳

【摘要】为了研究在生物质热裂解产物受不同热裂解温度和流化床床料两个参数的影响情况，本文基于高温烟气发生炉加热的小型流化床，采用玉米秸秆粉作为生产原料，并试验分别将白云石、石英砂和高铝矾土作为流化床床料，并在450℃、475℃、500℃以及525℃几个不同温度下的热裂解液化试验，从而研究了温度和流化床床料的影响情况。

【关键词】流化床；温度；热裂解；产物分布

引言

生物质的热裂解反应过程中，热裂解产物的的分布情况受到生物质颗粒传热方式的决定性影响。生物质热裂解包含了一些列复杂的物理以及化学反应，受到的影响因素比较多。本文基于高温烟气发生炉加热的小型流化床，采用玉米秸秆粉作为生产原料，并试验采用不同的物质作为流化床床料，并在不同温度下的热裂解液化试验，从而研究了温度和流化床床料的影响情况。

1.试验设备与方法

1.1 试验材料

本文采用玉米秸秆粉作为试验原料，原料的制作过程为：将玉米秸秆进行风干，用饲料粉碎机作压碎处理，取低于20目的秸秆粉即可用于试验。另外由于晒干后的秸秆粉仍有一定的水分，将对生物质热裂解过程造成一定的影响。因此还需要将玉米秸秆粉使用电热恒温鼓风干燥箱进行烘干处理。

1.2 试验设备

本文采用等离子加热流化床生物质裂解液化装置进行试验，并对装置进行了一些改进。首先使用高温烟气发生炉替换了等离子体，这样可提供高温贫氧烟气，可作为热裂解过程中的热载气。此外，在流化床反应段外壁缠绕了两端电炉丝，这样可有效保持床内温度，有效控制热裂解温度，防止其他因素对温度造成的影响。

1.3 试验方案

生物质热裂解过程受到的影响因素比较多。本文的试验中采用玉米秸秆粉作为试验原料，加料速率恒定控制在4KG/H，因此可忽略该因素的影响。在同样的载气量条件下，由于床料本身的特性，不同的床料将对生物质热裂解过程造成一定的影响。基于此本文挑选20～50目的物料作为床料，同时空气压缩机气体流量值设定为10m3/H。不同的热裂解温度将导致热载气量的不同，从而影响热裂解反应过程，本文分別试验了450℃、475℃、500℃以及525℃几个温度的影响。

1.4 床料的选择

选择床料时，必须充分考虑生物质的气化和高压液化、煤的液化与气化的催化剂选用情况。综合考虑各种因素，本文选取了白云石、石英砂和高铝矾土作为流化床床料。白云石不仅成本低、而且催化效果好，白云石煅烧后形成的CaO-MgO络合物是一种混合氧化物的催化剂。为了对比不同床料的影响，本文还选择了石英砂以及高铝矾土进行试验分析。

2.试验结果及分析

本文试验得到的生物油分为上下两层，上层为轻质生物油，颜色由红褐色慢慢退变为深褐色，这反映了该油层的性质不够稳定；下层为重质生物油，呈现黑色沥青质状。本文不仅分析了温度和床料因素对产物分布的影响，还分析了研究因素对轻质和重质生物油所占比例的影响。

2.1 不同温度下热裂解产物的分布情况

本文试验发现，在不同的流化床床料下都呈现同一个规律，即生物油的收集率岁温度升高而增大，当温度达到一定限值后，生物油的收集率开始呈现下降规律。而残炭的收集率一直随着温度的上升而降低。

图1反映了采用石英砂作为流化床床料时，不同温度下的固液产物收集率曲线。从图中可以看出，当温度为450℃时，残炭的收集率和生物油收集率比较接近，大约为31%。此后随着温度的上升，生物油收集率出现先上升后下降的趋势，而残炭收集率一直呈现下降趋势。生物油收集率在500℃时，达到39.5%左右；残炭的收集率在525℃时达到最低，约为28.5%。

3.结语

通过本文的试验和分析，主要可得到以下几点结论：

（1）不论采用何种流化床床料，生物油的收集率均随温度的升高而增大，当温度达到一定的限值之后，生物油开始呈现下降趋势。生物油的最大收集率对应的热裂解温度均为500℃左右。而残炭的收集率随着温度的升高一直下降。

（2）重质生物油比重随温度的变化规律与生物油收集率变化趋势基本相似，均是先随温度升高而增大，而后呈现下降趋势。

（3）采用白云石作为床料时，生物油的收集率较高。同时白云石床料的残炭收集率也明显低于其余两种床料。

（4）从获得更多轻质油的目的出发，建议采用白云石作为床料、热裂解温度525℃为宜。

参考文献

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