金屬元素對(duì)木屑快速熱解的影響
- 期刊名字:農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)
- 文件大?。?06kb
- 論文作者:牛艷青,王學(xué)斌,譚厚章,徐通模,惠世恩,趙欽新,周屈蘭
- 作者單位:西安交通大學(xué)動(dòng)力工程多相流國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室
- 更新時(shí)間:2020-06-12
- 下載次數(shù):次
第25卷第12期農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)VoL 25 No 1282009年12月Transactions of the csaeDec.2009金屬元素對(duì)木屑快速熱解的影響牛艷青,王學(xué)斌,譚厚章,徐通模,惠世恩,趙欽新,周屈蘭(西安交通大學(xué)動(dòng)力工程多相流國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,西安710049)摘要:采用傅立葉紅外光譜(FIIR)分析,以木屑為研究對(duì)象,在管式爐中研究了AJCa/Fe/K/Na/Zn金屬元素對(duì)生物質(zhì)快速熱解過(guò)程中熱解速率以及CO和CH4析出規(guī)律的影響。FIR分析表明:加入含金屬元素添加劑抑制了CO和CH4的產(chǎn)量,添加劑對(duì)CO產(chǎn)量和CH4產(chǎn)量的抑制能力依次為Fe2O3>ZnO>NaCl>CaO>KC1>A2O3;Al2OyFe2O3ZnO作為添加劑可縮短CO和CH4的析出時(shí)間,其中Fe2O3作用最為顯著,其他添加劑對(duì)析出時(shí)間的影響相對(duì)較小。對(duì)熱解速率的統(tǒng)計(jì)分析表明:加入金屬元素降低了生物質(zhì)的快速熱解速率,熱解反應(yīng)速率大小依次為:不加添加劑>Al2O3>Fe O3>Zno>KcI> Cao> NaCl關(guān)鍵詞:生物質(zhì),熱解,一氧化碳,甲烷,木屑,金屬元素,傅立葉紅外光譜doi:10.3969/jiss.1002-6819.2009.12.040中圖分類號(hào):TK6文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1002-6819(2009)-12-022806牛艷青,王學(xué)斌,譚厚章,等.金屬元素對(duì)木屑快速熱解的影響[].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2009,25(12):228-233Niu Yanqing, Wang Xuebin, Tan Houzhang, et al. Effect of metal elements on sawdust fast-pyrolysis[J]. Transactions of theCSAE, 2009, 25(12): 228-233. (in Chinese with English abstract)言1試驗(yàn)原料與裝置生物質(zhì)燃料不僅氮硫含量低,而且可再生能實(shí)現(xiàn)1.1試驗(yàn)裝置氧化碳的零排放,因此對(duì)生物質(zhì)燃料的利用成為近年來(lái)試驗(yàn)系統(tǒng)如圖1所示:99,9%的高純氮?dú)?室溫)研究的熱點(diǎn)。目前世界各國(guó)對(duì)生物質(zhì)能的利用主要集中分為兩路進(jìn)入石英反應(yīng)器中,使反應(yīng)器內(nèi)保持還原氣氛在生物質(zhì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)變的研究,而熱解則是生物質(zhì)在熱化木屑和添加物通過(guò)石英反應(yīng)器正上方的給料口由一路氮學(xué)轉(zhuǎn)變中最基本和重要的過(guò)程14由于生物質(zhì)中灰份高,氣送入,沉降在反應(yīng)器中部的孔板上進(jìn)行反應(yīng),物料混金屬元素含量豐富,其對(duì)生物質(zhì)大分子分解的影響很合均勻:熱解產(chǎn)物引岀后經(jīng)過(guò)二級(jí)過(guò)濾裝置以脫除煙氣大5,因此有必要對(duì)生物質(zhì)熱解過(guò)程中金屬元素的影響進(jìn)攜帶的固體和焦油等,進(jìn)入傅立葉紅外分析儀(FTIR行硏究。已有學(xué)者對(duì)生物質(zhì)熱解過(guò)程中金屬元素的影響進(jìn)行在線分析。通過(guò)溫控儀控制反應(yīng)器內(nèi)溫度,反應(yīng)結(jié)進(jìn)行了研究,但由于反應(yīng)條件差異很大,得出的結(jié)論未束通入氧氣使反應(yīng)器內(nèi)殘余固體物質(zhì)燃燒后再將反應(yīng)器盡一致: Pen gmei L和 Desmond研究表明白云石(主內(nèi)的固體清空;并對(duì)每種工況均進(jìn)行重復(fù)性驗(yàn)證試驗(yàn)兩要組分為碳酸鎂與碳酸鈣)可以明顯降低生物質(zhì)熱解過(guò)次,誤差不超過(guò)5%程中的CO和CH4產(chǎn)量;肖軍和楊昌炎等81的研究則分別指出NO和CaO可以促進(jìn)CO和CH4的生成,Ca和K1.管式爐對(duì)CO和CH4析出的影響不大,溫度對(duì)催化作用的影響2.孔板很大; Demirall2的研究則表明A和Na對(duì)生物質(zhì)熱解氣析出量的影響在不同升溫速率下差別也很大。木屑熱解4.氮?dú)馄?.溫控儀產(chǎn)物主要為CO、CH4、CO2、H,且CO和CH4占絕對(duì)6.給料口優(yōu)勢(shì)。文獻(xiàn)[8,13-14]均表明溫度673K時(shí),生物質(zhì)已開(kāi)始7.石英反應(yīng)器劇烈熱解,因此本文在管式爐上研究了溫度為673K時(shí)8.過(guò)濾裝置1不同金屬元素AlCa/le/KNa/Zn對(duì)木屑快速熱解的影響,9.過(guò)濾裝置210用傅立葉紅外光譜(FTIR)分析熱解產(chǎn)物—CO和CH4,10.PC機(jī)并對(duì)添加劑對(duì)木屑熱解速率的影響進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。11.FTR分析儀圖1試驗(yàn)系統(tǒng)圖收稿日期:20090409修訂日期:200908-17leccrintion nf tect system基金項(xiàng)目:973國(guó)家基礎(chǔ)研究發(fā)展項(xiàng)目(No.2005CB221206);十一五科技中國(guó)煤化工支撐計(jì)劃(No.2006BAK02B03)石英反應(yīng)CNMH Gn,由于物料少作者簡(jiǎn)介:牛艷青(195-),男,山西長(zhǎng)治人,主要從事清潔燃燒技木研避免了物料在孔極上堆:試驗(yàn)前物料于105℃處于烘干究。西安西安交通大學(xué)熱能工程系,710049。 Email: yqniut00l@ yahoo.cl箱內(nèi),試驗(yàn)期間放于干燥器中。電爐由S讠C元件加熱,第12期牛艷青等:金屬元素對(duì)木屑快速熱解的影響石英管中部600mm處于恒溫區(qū)。鉑銠鉑熱電偶用于測(cè)量密度差,為盡量混合充分加入添加劑100mg反應(yīng)區(qū)溫度,該溫度由希曼頓FP93PID溫控儀控制,精表1木屑的工業(yè)分析和元素分析度為士2K,測(cè)點(diǎn)處石英管內(nèi)外溫度相差小于5K。試驗(yàn) Table 1 Industrial analysis and elementary analysis on sav用FTIR為芬蘭 Temet Instruments helsinki公司生產(chǎn)的工業(yè)分析(質(zhì)量分?jǐn)?shù))/%元素分析(質(zhì)量分?jǐn)?shù))/%DX-400系列煙氣分析儀,該儀器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)CO和CH水分Ma灰分Aa揮發(fā)份V固定碳Ca氫Had氧Oa4氮Na硫Sad等氣體高精度的在線測(cè)量,測(cè)量精度為測(cè)量值的0.01%。本文選取673K作為研究金屬元素對(duì)木屑熱解影響9.8776.7744.7549839850.120.01的固定溫度。保護(hù)氣流量恒定為200mL/min1.2試驗(yàn)原料2結(jié)果與分析試驗(yàn)所用木屑來(lái)源于陜西省西安市某木材工廠,該圖2選取了無(wú)添加劑以及NaC1作為添加劑時(shí)木屑快木屑的工業(yè)分析和元素分析見(jiàn)表1:由于金屬元素氧化物速熱解的兩譜圖,譜圖均取自熱解過(guò)程中CO和CH4具較碳酸鹽穩(wěn)定,且不會(huì)產(chǎn)生附加CO,故本試驗(yàn)中加入的有最大峰值的時(shí)刻。由圖可見(jiàn):加入金屬元素添加劑后金屬元素添加物分別為Fe2O3/ ZnO/NaCl/cao/KCl/A2O3,CO在2000~2200cm之間的特征峰值降低顯著;CH46種物質(zhì)的純度均為分析純。其中木屑和添加劑的粒徑在1300cm和3000cm處的兩個(gè)特征峰也有明顯降均<148/m,每次加入木屑20mg,考慮添加劑與木屑的低??梢?jiàn),添加劑的加入抑制了木屑熱解氣體的析出0.400.400.350.35400035003000250020001500100030002500200015001000峰值/cm1峰值/cma.無(wú)添加劑b, NaCl添加劑圖2木屑快速熱解的紅外光譜圖Fig 2 IR spectra of Fast pyrolysis sawdust2.1金屬元素對(duì)CO的影響式中:—反應(yīng)時(shí)間,s:Qt—截止到反應(yīng)時(shí)間為τ時(shí)圖3為加入添加劑后木屑快速熱解過(guò)程中CO的濃CO的產(chǎn)量,106;Q0反應(yīng)結(jié)束時(shí)CO的總產(chǎn)量,10度變化以及CO相對(duì)產(chǎn)量的積分曲線與不加添加劑時(shí)的Q定義為對(duì)比(2)相對(duì)產(chǎn)量q為Q式中:C—CO濃度,10;V—保護(hù)氣流量200mL/minqM—CO的分子量。1800l40012000-AlO3CO濃度-CaO-CO濃度元添加劑一CO濃度06細(xì)無(wú)添加劑CO濃度06ALO3相對(duì)產(chǎn)量CaO相對(duì)產(chǎn)量無(wú)澤加劑相對(duì)產(chǎn)量04無(wú)添加劑相對(duì)產(chǎn)量04中國(guó)煤化工2000200400600800100012001400160018006001800時(shí)間/sCNMHGa,AlO3添加劑bCaO澤加劑農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)2009年l80014000-Fe2O3CO濃度一無(wú)澤加劑一CO濃度-無(wú)加利C0濃度06FeO3相對(duì)產(chǎn)量KC1相對(duì)產(chǎn)量無(wú)添加剎相對(duì)產(chǎn)量04是一無(wú)添加劑相對(duì)產(chǎn)量104應(yīng)2000200020040060080010001200140016001800200020040060080010001200140016001800時(shí)間/s寸間/scFeO3添加剎d,KC添加劑1800160016004000.81200NaC|CO濃度1200Zno-Co濃度81000無(wú)添加劑CO濃度0-無(wú)添加劑CO濃度106一NaC相對(duì)產(chǎn)量一ZnO相對(duì)產(chǎn)量無(wú)添加劑相對(duì)產(chǎn)量爛800000無(wú)添加劑相對(duì)產(chǎn)量000020040060080010001200140016001800200020040060080010001200140016001800時(shí)間/s時(shí)間/se.NaCl添加劑r.ZnO添加剎圖3金屬元素對(duì)CO析出的影響Fig 3 Effects of metal elements on the release of co由圖3及表2可見(jiàn):Al2O/Fe2O/ZnO作為添加劑時(shí)CO開(kāi)始析出的時(shí)間提前; Cao/Nacl/KCl對(duì)CO的開(kāi)始無(wú)如加相多多多多多析出時(shí)間影響不大。而對(duì)于CO析出的結(jié)束時(shí)間,加入Fe2O3可顯著縮短,NaCl/ZnO也有縮短,而其他添加劑影響不大。表2金屬元素對(duì)CO析出時(shí)間的影響Nb多Table 2 effects of metal elements on co release time開(kāi)始時(shí)間時(shí)間間隔無(wú)添加劑105.94654.352AlO31532.141532.1400.51.01.5202.53040103.7101533.306429.596CO總產(chǎn)量/mg121.6831672.6111550928圖4金屬元素對(duì)CO總產(chǎn)量的影響I278.167l208.148Fig 4 Effects of metal elements on the total release of co1153.491表3金屬元素對(duì)CH4析出時(shí)間的影響對(duì)比圖3中加入添加劑與不加添加劑CO濃度峰值的Table 3 Effects of metal elements on Cha release time影響,可見(jiàn)除Al2O3外的其他添加劑對(duì)峰值的影響均較大。圖4為添加劑對(duì)CO總產(chǎn)量 Total的影響,可見(jiàn)re2O3無(wú)添加劑1902.000對(duì)CO總產(chǎn)量的影響最大,Al2O3的影響最小。1641.0001641.0002.2金屬元素對(duì)cH4的影響CaoFe O3中國(guó)煤化工101700添加劑對(duì)CH4析出的影響見(jiàn)圖5及表3,其中加入CNMHG 611.442Al2O3Fe2O3/ZnO時(shí)CH4的析出時(shí)間提前,而其他添加劑NaClTYH171.746對(duì)CH4的析出時(shí)間影響不大,甚至延遲了CH4的析出1361.000136100第12期牛艷青等:金屬元素對(duì)木屑快速熱解的影響23180-AMO-CH濃度0.650- Cao-CH4濃度0000一0—無(wú)添加劑一CH4濃度無(wú)添加劑-H4濃度ALO3相對(duì)產(chǎn)量-CaO相對(duì)產(chǎn)量一無(wú)添加劑相對(duì)產(chǎn)量無(wú)添加劑相對(duì)產(chǎn)量100.220002004006008001000120014001600180000020040060080010001200140016001800時(shí)間/s時(shí)間/saAlO3添加劑bCaO添加劑FeO3CH4濃度a-KCCH4濃度—無(wú)添加劑一CH濃度無(wú)添加劑-CH4濃度一一Fe2O3相對(duì)產(chǎn)量KCl相對(duì)產(chǎn)量無(wú)添加劑相對(duì)產(chǎn)量無(wú)添加劑相對(duì)產(chǎn)量200020040060080010001200140016001800-200020040060080010001200140016001800時(shí)間/s時(shí)間/sc.FeO3添加劑d.KC1添加劑NaCl-CH4濃度無(wú)添加劑CH4濃度0.6a- ZnO-CH濃度06恒無(wú)澤加利CH濃度NaC相對(duì)產(chǎn)量ZnO相對(duì)產(chǎn)量無(wú)澤加劑相對(duì)產(chǎn)量無(wú)添加劑相對(duì)產(chǎn)量200020040060080010001200140016001800200020040060080010001200140016001800時(shí)間/se,NaC1添加劑f,ZnO添加劑圖5金屬元素對(duì)CH4析出的影響Fig 5 Effects of metal elements on the release of CHa添加劑對(duì)CH4總產(chǎn)量的影響如圖6所示:可見(jiàn)添加CO析出時(shí)間兩個(gè)物理量,定義熱解平均速率κ9劑對(duì)CH4總產(chǎn)量的影響和對(duì)CO總產(chǎn)量的影響一樣,產(chǎn)量由小到大均為:Fe2O3
-
C4烯烴制丙烯催化劑 2020-06-12
-
煤基聚乙醇酸技術(shù)進(jìn)展 2020-06-12
-
生物質(zhì)能的應(yīng)用工程 2020-06-12
-
我國(guó)甲醇工業(yè)現(xiàn)狀 2020-06-12
-
石油化工設(shè)備腐蝕與防護(hù)參考書(shū)十本免費(fèi)下載,絕版珍藏 2020-06-12
-
四噴嘴水煤漿氣化爐工業(yè)應(yīng)用情況簡(jiǎn)介 2020-06-12
-
Lurgi和ICI低壓甲醇合成工藝比較 2020-06-12
-
甲醇制芳烴研究進(jìn)展 2020-06-12
-
精甲醇及MTO級(jí)甲醇精餾工藝技術(shù)進(jìn)展 2020-06-12
