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艾尼克斯为您讲解关于成都微波生物质热解的影响因素

来源:http://chengdu.ankswb.com/news94640.html   发布时间:2019-6-29 16:26:00

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总的来讲,影响微波生物质热解的主要因素包括化学和物理两大方面。化学因素包括一系列复杂的一次反应和二次反应;物理因素主要是反应过程中的传热、传质以及原料的物理特性等。具体的操作条件表现为:温度、物料特性、催化剂、滞留时间、压力和升温速率。 

 

2.2.1  温度 

 

在微波生物质热解过程中,温度是一个很重要的影响因素,  它对热解产物分布、组分、产率和热解气热值都有很大的影响。生物质热解最终产物中气、油、炭各占比例的多少,随反应温度的高低和加热速度的快慢有很大差异。一般地说,低温、长期滞留的慢速热解主要用于最大限度地增加炭的产量,其质量产率和能量产率分别达到30%和50%(质量分数)。 

温度小于600℃的常规热解时,采用中等反应速率,生物油、不可凝气体和炭的产率基本相等;闪速热解温度在500~650℃范围内,主要用来增加生物油的产量,生物油产率可达80%(质量分数);同样的闪速热解,若温度高于700℃,在非常高的反应速率和极短的气相滞留期下,主要用于生产气体产物,其产率可达80%(质量分数)。当升温速率极快时,半纤维素和纤维素几乎不生成炭。 

 

2.2.2  生物质材料的影响 


生物质种类、分子结构、粒径及形状等特性对生物质热解行为和产物组成等有着重要的影响。这种影响相当复杂,与热解温度、压力、升温速率等外部特性共同作用,在不同水平和程度上影响着热解过程。  由于木质素较纤维素和半纤维素难分解,因而通常含木质素多者焦炭产量较大;而半纤维素多者,焦炭产量较小。在生物质构成中,以木质素热解所得到的液态产物热值为最大;气体产物中以木聚糖热解所得到的气体热值最大。 

生物质粒径的大小是影响热解速率的决定性因素。粒径在1mm以下时,热解过程受反应动力学速率控制,而当粒径大于1mm时,热解过程中还同时受到传热和传质现象的控制。大颗粒物料比小颗粒传热能力差,颗粒内部升温要迟缓,即大颗粒物料在低温区的停留时间要长,从而对热解产物的分布造成了影响。  随着颗粒的粒径的增大,热解产物中固相炭的产量增大。从获得更多生物油角度看,生物质颗粒的尺寸以小为宜,但这无疑会导致破碎和筛选有难度,实际上只要选用小于1mm的生物质颗粒就可以了。 

 

2.2.3  催化剂的影响 

 

有关研究人员用不同的催化剂掺入生物质热解试验中,不同的催化剂起到不同的效果。如:碱金属碳酸盐能提高气体、碳的产量,降低生物油的产量,而且能促进原料中氢释放,使空气产物中的H2/CO增大;K+能促进CO、CO2的生成,但几乎不影响H2O的生成;NaCl能促进纤维素反应中H2O、CO、CO2的生成;加氢裂化能增加生物油的产量,并使油的分子量变小。 

 

另外,原料反应得到的产物在反应器内停留时间、反应产出气体的冷却速度、原料颗粒尺寸等,对产出的炭、可燃性气体、生物油(降温由气体析出)的产量比例也有一定影响。 

 

2.2.4  滞留时间 

 

滞留时间在生物质热解反应中有固相滞留时间和气相滞留时间之分。固相滞留时间越短,热解的固态产物所占的比例就越小,总的产物量越大,热解越完全。在给定的温度和升温速率的条件下,固相滞留时间越短,反应的转化产物中的固相产物就越少,气相产物的量就越大。气相滞留期时间一般并不影响生物质的一次裂解反应过程,而只影响到液态产物中的生物油发生的二次裂解反应的进程。当生物质热解产物中的一次产物进入围绕生物质颗粒的气相中,生物油就会发生进一步的裂化反应,在炽热的反应器中,气相滞留时间越长,生物油的二次裂解发生的就越严重,二次裂解反应增多,放出H2、CH4、CO等,导致液态产物迅速减少,气体产物增加。所以,为获得最大生物油产量,应缩短气相滞留期,使挥发产物迅速离开反应器,减少焦油二次裂解的时间。 

 

2.2.5  压力 

 

压力的大小将影响气相滞留期,从而影响二次裂解,最终影响热解产物产量的分布。随着压力的提高,生物质的活化能减小,且减小的趋势渐缓。在较高的压力下,生物质的热解速率有明显的提高,反应也更激烈,而且挥发产物的滞留期增加,二次裂解较大;而在低的压力下,挥发物可以迅速从颗粒表面离开,从而限制了二次裂解的发生,增加了生物油产量。 

 

2.2.6  升温速率 

 

升温速率对微波生物质热解的影响很大。一般对微波生物质热解有正反两方面的影响。升温速率增加,物料颗粒达到热解所需温度的相应时间变短,有利于热解;但同时颗粒内外的温差变大,由于传热滞后效应会影响内部热解的进行。随着升温速率的增大,温度滞后就越严重,热重曲线和差热曲线的分辨力就会越低,物料失重和失重速率曲线均向高温区移动。热解速率和热解特征温度(热解起始温度、热解速率最快的温度、热解终止温度)均随升温速率的提高呈线形增长。在一定热解时间内,慢加热速率会延长热解物料在低温区的停留时间,促进纤维素和木质素的脱水和炭化反应,导致炭产率增加。气体和生物油的产率在很大程度上取决于挥发物生成的一次反应和生物油的二次裂解反应的竞争结果,较快的加热方式使得挥发分在高温环境下的滞留时间增加,促进了二次裂解的进行,使得生物油产率下降、燃气产率提高。 

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