杨木快速裂解过程机理研究-高校化学工程学报.pdfVIP

第15 卷第5 期 高 校 化 学 工 程 学 报 No.5 Vol.15 2001 年 10 月 Journal of Chemical Engineering of Chinese Universities Oct. 2001 文章编号：1003-9015(2001)05-0440-06 杨木快速裂解过程机理研究 郭 艳, 王 垚, 魏 飞, 金 涌 (清华大学化工系，北京 100084) 摘 要：将现代化学分析领域中重要的分析手段——裂解气相色谱法应用于对杨木快速裂解过程机理的研究。通过 系统考察裂解温度 400~800 ℃、裂解挥发性产物停留时间0.6~4s ，升温速率改变对杨木快速裂解气、液、固产物以 及气相组分产率分布的影响，研究杨木快速裂解过程的反应机理，分析获得最大产油率的工艺操作条件。结果表明， 杨木裂解过程中主要存在着生成焦油和生成焦炭两个反应的竞争和一个焦油二次裂化的连串反应，裂解温度、挥发 性产物停留时间、升温速率决定着哪一种反应占据主要，从而得到完全不同的产物分布。 关键词：生物质; 快速裂解; 机理研究; 裂解气相色谱 + 中图分类号：TQ511 .7; TQ351.26 文献标识码：A 1 前 言 生物质能作为一种含硫、含灰份低、二氧化碳零排放的清洁能源和可再生能源，将是未来可持续 发展能源系统的重要组成部分。由欧盟与美国、加拿大等联合开发的生物质常压超短快速裂解液化技 术[1,2,3] ，将低品位的生物质转化成易储存、易运输，能量密度高，收率达80 ％的液体燃料油，使该技 术得到了全球的广泛重视，被视为是将生物质能源转变为高品位现代能源的重要技术突破，具有与常 规的化石燃料相竞争的潜力。我国有着丰富的生物质资源，每年仅庄稼秸杆就有6亿吨，折合标准煤3 亿吨，但它们主要被用于直接燃烧, 热效率仅在10%左右，既造成生物质资源的巨大浪费，也对生态 环境带来恶劣影响。我国对生物质能的高效利用和开发起步较晚，目前主要集中在以制燃料气为目的 的生物质厌氧处理、热解气化和以制焦炭为目的的慢速裂解和传统裂解方面; 关于以获得最大液体产 物为目的的快速裂解研究则刚刚起步，在理论上系统研究还未见报导。 本文以杨木为代表，通过考察裂解条件对气、液、固三相产率的影响，分析不同条件下液相产率 变化的原因，加深对生物质快速裂解规律及其机理的认识。 2 实验方法 1 2.1 实验手段及装置 carrier gas 5 7 8 采用裂解气相色谱法，即裂 2 解反应器与气相色谱直接联用， pyrolysis 9 示意图见图1 。裂解器为岛津 3 products PYR-2A型管式炉裂解器，气相 4 6 色谱为岛津GC-14B型。原料由 图1 裂解器及进样杆结构 进样杆推入裂解器中，裂解所得 Fig.1 Configuration diagram of pyrolyser and sample injection 1. computer 2. data acquisition of A/D 3,8 . compensatory wire of thermal couple 挥发性产物(包括可凝性和不可 4. sample injection 5 . quartz tube 6. electric furnace 7. sample 9. gas chromatography