第201年期JOURNAL OF YULIN UNIVERSTTYvaL.2iNo2第2期Vol.21 No.2TLUD氣化爐焦油特性試驗(yàn)研究何廣昌,李紅波(中國核電工程有限公司鄭州分公司核電工藝設(shè)計所,河南鄭州450052)摘要:自行設(shè)計制作了一個小型頂部點(diǎn)火 上吸式固定床(TLUD)氣化爐試驗(yàn)臺架,選用兩種物料(花生殼、稻殼)從焦油特性方面對TLUD氣化爐的氣化特性進(jìn)行了研究,試驗(yàn)證明TLUD氣化爐在產(chǎn)氣穩(wěn)定性和燃料適應(yīng)性方面有了很大的提升,同時克服了傳統(tǒng)的底部點(diǎn)火方式上吸式固定床氣化爐固有的搭橋現(xiàn)象和產(chǎn)氣中水分焦油含量高的難點(diǎn)。關(guān)鍵詞:氣化;TLUD氣化爐;焦油特性中圖分類號:GQ541文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號 :1008 -3871(2011)02 -0028 -051引肓丙酮為吸收劑的冷態(tài)捕集法(CT)對燃?xì)庵薪褂秃壳?，國?nèi)的戶用型生物質(zhì)氣化爐所采用的爐量進(jìn)行測定,運(yùn)用EPA的重度分析方法和氣相色譜型基本為上吸式固定床氣化爐。受氣化爐爐內(nèi)反應(yīng)-質(zhì)譜(GC - MS)法'")對燃料氣體中焦油含量和化機(jī)理的限制,上吸式固定床氣化爐在其上部的裂解學(xué)組成進(jìn)行測定分析。層,由于燃料的裂解干餾產(chǎn)生了大量的焦油,從而導(dǎo)焦油分析儀器采用FinniganTRACEGC-MS致出口燃?xì)庵械慕褂秃亢芨?。氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀,測量的分子量范圍2-焦油是一種可冷凝的復(fù)雜混合物,對氣化過程1023amu。進(jìn)樣量0. 5μl,載氣:高純氦,CC- MS接以及相關(guān)的設(shè)備都有著非常不利的影響”:浪費(fèi)能口溫度:200C,質(zhì)譜檢測器采用全掃描(SCAN)方源,降低氣化效率;腐蝕管壁和設(shè)備,造成安全隱患;式。其具體分析條件如表1所示。堵塞管道,造成不便;產(chǎn)生炭黑,損害炊具;污染環(huán)3試驗(yàn)裝置境,危害健康,焦油對人體健康有害,給氣化系統(tǒng)的: 3.1 試驗(yàn)物料本試驗(yàn) 特以花生殼和稻殼為例,其周邊環(huán)境造成污染。戶用型生物質(zhì)氣化爐上所采用粒度分別為15~20mm和7mm;振實(shí)堆積密度分別的焦油凈化裝置基本為冷凝、水洗或過濾等形式,其為159kg/m3和131kg/m' ,原料量分別為3.603kg、結(jié)構(gòu)簡單、成本很低,但是易于引起二次污染。這些3.272kg,其化學(xué)特性如表2所示。問題極大地限制了氣化爐的進(jìn)一步推廣 應(yīng)用。3.2試驗(yàn)裝置試驗(yàn) 所用的氣化爐就是本文研由此可見,燃?xì)庵械慕褂途哂邢喈?dāng)大的危害性，制的小型 TLUD氣化爐。整個TLUD氣化爐試驗(yàn)臺研究新的氣化方式,優(yōu)化爐體結(jié)構(gòu),改善運(yùn)行工況，架包括三個 系統(tǒng):氣化爐反應(yīng)器系統(tǒng),溫度監(jiān)測系統(tǒng)盡可能地降低燃?xì)饨褂秃渴鞘直匾?。本文自和焦油提取氣體取樣系統(tǒng)。主要參數(shù):燃料消耗率行研制一頂部點(diǎn)火上吸式固定床(TLUD)氣化爐，F(xiàn)CR = 1.936kg/hr;反應(yīng)器直徑D = 0.2m;反應(yīng)器以期能從根本上解決焦油問題。高度H = 0.8m;反應(yīng)時間T = 1. 4hr;所需空氣量2焦油的取樣和分析方法AFR = 2. 79m2/hr。限于本實(shí)驗(yàn)室的現(xiàn)有條件,作者參照1998年布4試驗(yàn)的結(jié)果和分析魯塞爾生物質(zhì)會議上'3]確定的焦油取樣系統(tǒng)及國4.1焦油的含量測定分析過程為減少因溶 劑揮發(fā)內(nèi)相關(guān)生物質(zhì)氣化的焦油取樣裝置[4,5,6],采用以r帶中國煤化工后立即進(jìn)行重度YHCNMHG收稿日期2010-11- 28.作者簡介:何廣昌( 1982- -) .男.河南南陽人.助理工程師,碩士。E - mil:bgh789@ nin. com何廣昌,李紅波:TUD氣化爐焦油特性試驗(yàn)研究.29.分析。兩種氣化焦油樣品重度分析結(jié)果如表3所示。表1GC-MS分析條件名稱參毛細(xì)管柱HP - 5MS 30m x0. 25mm x0. 25μum汽化器溫度.250C柱溫45C停留5min,以10C/min升至280C后恒溫10min。分流比40: 1掃描質(zhì)量范圍40 -500u掃描時間0.58電離方式E電子轟擊能量70eV表2生物質(zhì)樣品的分析結(jié)果生物質(zhì)工業(yè)分析(wt. %) ad元素分析(wt. %) adLHV原料MdVuA.FCaCaHuNuSaO*(M]/kg)花生殼8.8468.48 4.69 .17.99 43.536.542.240.1234. 0416. 28稻殼6.460.11 16.57 16.92 37.925.550.460.6232. 1313. 66$ 0含量由差減法計算得到;ad:空氣干燥基。表3花生殼和稻殼 氣化焦油樣品重度分析結(jié)果試驗(yàn)原料試驗(yàn)條件焦油含量(g/m')花生殼(振實(shí))原料量3. 603kg,空氣流量4. 0m2/h0.25稻殼(振實(shí))原料量3. 272kg,空氣流量3. 0m'/h0.49而傳統(tǒng)的底部點(diǎn)火上吸式固定床氣化爐產(chǎn)品氣了 焦油在爐內(nèi)所經(jīng)過的高溫區(qū)的停留時間,使焦油中焦油含量平均范圍為20 ~ 100g/m' ,最高可達(dá)裂解充分 ,燃?xì)鉄嶂堤岣?焦油含量降低。150g/m3[8]。與其相比頂部點(diǎn)火上吸式固定床由此可見,通過改變點(diǎn)火位置和優(yōu)化爐內(nèi)結(jié)構(gòu),(TLUD)氣化爐在產(chǎn)氣焦油和水分含量低方面具有可以大大提高焦油的裂解率,降低產(chǎn)氣焦油含量,提很明顯的優(yōu)勢。高產(chǎn)氣品質(zhì)。開發(fā)研制TLUD氣化爐試驗(yàn)證明是可試驗(yàn)發(fā)現(xiàn):燃燒區(qū)的溫度以及溫度分布的均勻行的,繼承了傳統(tǒng)的上吸式固定床氣化爐的各種優(yōu)程度對焦油的裂解影響很大,隨著溫度的升高和停點(diǎn),而且克服了其產(chǎn)氣焦油含量高的缺陷。留時間的增加焦油的含量會明顯地減少。在試驗(yàn)4.2焦油的含量測定分析過程通 過對花生殼和稻過程中,布風(fēng)板要插至正確的位置,裝料時要各處振殼氣化焦油總離子流色譜圖中的各峰進(jìn)行質(zhì)譜掃描實(shí)狀態(tài)均勻-致,保證布風(fēng)的均勻性;點(diǎn)火時要使料后得到MH中國煤化工油進(jìn)行定性分.層頂端物料引燃均勻,防止偏燒和穿孔現(xiàn)象的發(fā)生。析;采CNMHG譜圖進(jìn)行面積建議通過進(jìn)一步優(yōu)化完善爐內(nèi)結(jié)構(gòu),使氣化區(qū)和還歸一化積分,得出各峰即各化合物在生物質(zhì)焦油中原區(qū)的反應(yīng)溫度提高;增加還原區(qū)的高度,從而增加的相對百分含量。最后將確認(rèn)出的花生殼和稻殼焦●30●檎林學(xué)院學(xué)報2011年第2期(總第94期)油中主要的20余種化學(xué)成份及求得的各化學(xué)成份在焦油中的相對百分含量列于表4和5。表4花生殼氣化焦油化學(xué)成分 GC - MS分析結(jié)果序號化合物名稱分子式相對含量/%wt1二十一烷CxH40.3712二十烷C2pHa●0.0513二十三烷CHa7.8714二十四烷C2H,7.69411,13-二甲基- 12 -碳烯-1 -醇CgHxO21.1936二十五烷CxsHq10. 42671,1 ,4,7-四甲基- 1H-環(huán)丙駢[e]十氫( +)/(奧)CisH60. 446二十六烷CpHy9.154 .3 -苯基丙烯酸乙酯ChH2O24. 617CqH2O21. 38311十四烷基苯C2Hy2.37512二十七烷CzH310. 2371:2-+二烷烯-1 -基丁二酸酐2.75514十六碳炔-7Ci6Hxo4.472CzHy68.7116龍涎香醇CoH201. 746C2oHu .2.41318三十二烷C3H667.2211923 ,28 -雙失碳-17β( H)藿烷CzH4g1.171三十烷C3oHs6.01928 -去甲基-17- β-( H)何伯烷C2gHx2.633CzHs3.52:28-去甲基-17- β-(H)何伯烷C2Ho .1.383CzHx .2.158表5稻殼氣化焦油化學(xué)成分 GC -MS分析結(jié)果分子式相對含量/%wt中國煤化工甲苯5.342TYHCNMHG2-戊酮Ls HioU4.803菲Ci,Ho1.52 .何廣昌,李紅波:IUD氣化爐焦油特性試驗(yàn)研究●31●序號化合物名稱分子式相對含量/%wt4蒽Ci;Hz1.4925二十烷CxoHq1.52二戊基苯CioH60.413菲CuHo .2.87289,10-.二甲基蒽Ci6Hu1. 699二對甲苯基乙炔CigHu1.17110十六烷C16Hu1.7111,4苯二酚CgH2O,1.71921,4-二甲基-1,4-二氫-2,3 -喹喔啉二硫酮CoH2Os1.69713鄰二氨雜萘CgHN22.88814吡咯[1 ,2 -a]噻吩[2,3 -d]嘧啶4.0215二十一烷CqHu5.57616喹唑啉-4基氧甲苯基胺CisHzNz3.317芘C2rHu3.405l82-(N-苯胺基)萘CigHJ,N25. 19219二十三烷CzHg4.32520CgHo .4.352211-茚酮C,H2O2. 61622二十四烷C2yHyo4.95823C2Hg5. 30924多胺多羧酸Cz6HzNgO%1.84825二十六烷C2gHy3.002，26二十七烷CxyHs1.95327C2Hy1.315從表4可以看出,花生殼氣化焦油中已定性的對含量最高。有24種化合物,有酚、醛、酮、酯、酐、烷、炔類,烷烴從表5可以看出,稻殼焦油中已定性的有27種類含量最高,從二十烷到三十二烷,還有23,28-雙化合物,有苯、酮、菲、蒽、烷、炔、酚萘胺、芘、酸等,失碳-17β(H)藿烷和28-去甲基-17-β-(H)成分 比花生殼焦油相對復(fù)雜些。組分中相對百分含何伯烷共十六種烷烴,相對百分含量為78.599%。量超過5%的化合物有甲苯(5.342%),二十一烷組分中相對百分含量超過5%的化合物有二十三烷(5.576%),2-(N-苯胺基)茶(25.192%),二+(7. 871%),二十四烷(7.694%),二+五烷( 10.三烷(9.634%),只占總鑒定量的45. 744%。組分426%),二十六烷(9.154%),3 -苯基丙烯酸乙酯中含量中國煤化工)和蔡類(28.(6%),二十七烷(24.605%),三十二烷(7.221%),08%),1YHCN M H G對含量尤為突三十烷(6. 019%),占總鑒定量的78. 9%。組分中出高達(dá)25. 192%。.含量最多的是烷烴類,而烷烴類中又以二十七烷相花生殼和稻殼的焦油成分都是C11以上的大●32●榆林學(xué)院學(xué)報2011年第2期(總第94期)分子化合物，而C10以下的輕質(zhì)組分幾乎沒有,這體,而且由 于產(chǎn)氣出口溫度基本穩(wěn)定在200C左右,可能與TLUD氣化爐特殊的點(diǎn)火位置有關(guān)。TLUD殘余的少量低沸點(diǎn)輕質(zhì)組分成氣態(tài)隨產(chǎn)氣排出到灶氣化爐由于其點(diǎn)火區(qū)域位于爐內(nèi)的頂部,氣體流動頭燃燒掉,而被收集到的是高沸點(diǎn)的大分子重質(zhì)組方向不變,但是爐內(nèi)的溫度分布和反應(yīng)區(qū)域分布特分。性卻發(fā)生了顯著的改變。爐內(nèi)的反應(yīng)區(qū)域從下至上需要進(jìn)一步優(yōu)化爐體結(jié)構(gòu)和改善氣化條件,盡依次為干燥層熱解層、氧化層和還原層,熱解層產(chǎn)可能多地降低產(chǎn)氣焦油含量和改善焦油成分,從而生的焦油經(jīng)過氧化層被基本燃燒,接著經(jīng)過高溫還解決由它帶來的環(huán)境問題和資源浪費(fèi)問題。原層,而還原層的高溫碳是焦油催化裂解的很好的TLUD(頂部點(diǎn)火上吸式固定床)氣化爐能從根催化劑,把焦油中的大分子裂解成小分子,干燥層產(chǎn)本 上在爐內(nèi)把焦油含量降低,成本最低，不引起二生的水蒸氣在穿過上部的高溫區(qū)時會與焦油、焦炭次污染 ,與傳統(tǒng)上吸式固定床氣化爐相比具有很大和氣體發(fā)生重整反應(yīng),焦油中容易裂解的輕質(zhì)組分的優(yōu)越性。和少數(shù)重質(zhì)組分在爐內(nèi)已經(jīng)大部分被裂解成可燃?xì)鈪⒖嘉墨I(xiàn):[1]賴艷華，呂明新,馬春元縮口結(jié)構(gòu)對降低生物質(zhì)兩段氣化中焦油生成量的影響研究[J].太陽能學(xué)報,2004 ,25(4) :547 -551.[2]楊巧利.生物質(zhì)焦油和熱解油分析方法的建立[D].鄭州大學(xué)碩士學(xué)位論文, 2007.[3 ]Zhang Quanguo, et al, Provisional protocol for the sampling and anlaysis of tar and particulate in the gas fromlarge - 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Hotstate experiments were carried out to inestigate the gasifier performance with two materials ( peanut shell and ricehusk) and tar characteristics were studied carefully also. TLUD gasifier had a great upgrade on gas stability andmaterials adaptability, and overcame the difficulties such as tloie , highwater and tar content in the gas which wereinherent in the traditional fixed - bed gasifier.Key words: Top - Lit UpDrat (TLUD) fixed -bed gasifier,中國煤化工YHCNMHG