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秸秆焦油的特性 [转贴 2010-05-03 14:44:37]   
秸秆焦油的特性

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    秸秆(即生物质)气化的目标是得到尽可能多的可燃气体产物,但在气化中,焦炭和焦油都是不可避免的副产物。其中由于焦油在高温时呈气态,与可燃气体xx混合,而在低温时(一般低于200℃)凝结为液态,所以其分离和处理更为困难,特别对于燃气需要降温利用的情况(如燃气用于家庭或内燃机发电时),问题更加突出。

    焦油的存在对气化有多方面的不利影响,首先它降低了气化效率,气化中焦油产物的能量一般占总能量的5~15%,这部分能量是在低温时难以与可燃气体一道被利用,大部分被浪费,其次焦油在低温时凝结为液态,容易和水、焦炭等结合在一起,堵送气管道,使气化设备运行发生困难。另外,凝结为细小液滴的焦油比气体难以燃烬,在燃烧时容易产生炭黑等颗粒。对燃气利用设备,如内燃机、燃气轮机等损害相当严重,这就大大降低了气化燃气的利用价值。所以针对气化过程产生的焦油,采取办法把它转化为可燃气,既提高气化效率,又降低燃气中焦油的含量,提高可燃气体的利用价值,对发展和推广秸秆气化发电技术具有决定性的意义。

   在秸秆热转换中,焦油的数量主要决定于转换温度和气相停留时间,与加热速率也密切相关。对一般秸秆而言,在500℃左右时焦油产物最多,高于或低于这一温度焦油都相应减少(见图1)。而在同一温度下,气相停留时间越长,意味着焦油裂解越充分。所以随着气相停留时间的增加,焦油产量会相应地减少(见图2)。

焦油的成份非常复杂,可以分析到的成份有100多种,另外还有很多成份难以确定,而主要成份不少于20种,大部分是苯的衍生物及多环芳烃,其中含量大于5%的大约有7种,它们是:benzene(苯),naphthalene(萘),toluene(甲苯),xylene(二甲苯),styrene(苯乙烯),phernol(酚)和indene(茚),其它成份含量一般都小于5%,而且在高温下很多成份会被分解。所以随着温度的升高,焦油含量中成份的数量越来越少(见图3),因而在不同条件下(温度、停留时间、加热速率)焦油的数量和各种成份的含量都是变化的,任何分析结果只能针对于特定的条件而言。

根据这些特点,我们应在气化过程中尽可能提高温度和气相停留时间,减少焦油的产量和种类,以达到在气化时控制焦油的产生,减少气体净化的难度.

                                           秸秆焦油催化裂解
焦油催化裂解的原理 尽管在秸秆气化过程中采取各种措施控制焦油的产生,但实际上气体中焦油的含量仍远远超出应用允许的程度,所以对气体中的焦油进行处理,是有效利用燃气必不可少的过程,其中焦油的催化裂解是xxx、{zxj}的办法。以往简单的水洗或过滤等办法,只是把焦油从气体中分离出来,然后作为废物排放,既浪费了焦油本身的能量,又会产生大量的污染。而焦油热裂解却可把焦油分解为{yj}性气体,与可燃气一起被利用。所以它既减少了焦油含量,又利用了焦油中的能量。但热裂解需要很高的温度(1000℃~1200℃),所以实现较困难。催化裂解利用催化剂的作用,把焦油裂解的温度大大降低(约750℃~℃900),并提高裂解的效率,使焦油在很短时间内裂解率达99%以上。

从上面三种典型催化结果比较可知,镍基催化剂的效果{zh0},在750℃时即有很高的裂解率,而其他材料在750℃裂解的效果还不理想,但由于镍基催化剂较昂贵,成本较高,一般秸秆气化技术难以应用,所以只能在气体需要精制或合成汽油的工艺中使用。木炭的催化作用实际上在下吸式气化炉中即有明显的效果,但由于木炭在裂解焦油的同时参与反应,所以消耗很大(在1000℃时达0.1kg/Nm3),对大型秸秆气化来说木炭作催化剂不现实,但木炭的催化作用对气化炉的设计及小型气化炉有一定的指导意义,因为木炭可参与化学反应,与水蒸汽反应生成一氧化碳和氢气,并能与燃气中生成的二氧化碳反应生成一氧化碳,二者都是可燃气体,这样最终能大大增加燃气的热值。

白云石(dolomite)是目前为止研究得最多和最成功的催化剂,虽然各地白云石的成份略有变化,但都有催化效果,一般当白云石中CaCO3 / MgCO3在1~1.5时效果较好。白云石作为焦油裂解催化剂的主要优点是催化效率高,成本低,所以具有很好的实用价值。

                                   焦油催化裂解的工艺条件


   对于不同的接触方式,气相停留时间的要求不同,例如,在800℃时,对dp»5mm的固定床,气相停留时间一般要求在0.5s左右,而对于dp»1.5mm的流化床,气相停留时间仅需0.1~0.25s即可[7]。同样的白云石的直径越小,催化效果越好(见图6),但颗粒直径太小,对固定床来说,阻力太大,而对流化床来说飞灰损失太严重,所以白云石的直径有一合适范围,一般dp为2.0~7.0mm为好。
对理想的白云石催化剂,裂解焦油的首要条件是足够高的温度(800℃以上),这一温度与流化床气化炉的运行温度相似。有关的实验表明,把白云石直接加入流化床气化炉中对焦油有一定的控制效果,但并不能xx解决问题。这主要是由于气化炉中焦油与催化剂的接触并不充分(因为焦油的产生主要在加料口位置,但即使循环流化床,加料口以上的催化剂数量也不可能很多)。所以为了达到预期效果,气化和焦油裂解一般要求在两个分开的反应炉中进行,这就使实际应用出现下列难题:
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