论文部分内容阅读
气化是生物质高效利用的方法之一，而热解是气化的伴随反应和前反应，热解对后续气化过程产生重要影响。基于能源梯级利用和高效利用的要求，合成气在气化过程中的循环利用、合成气气氛加氢热解受到重视。此时，合成气中比例最大的一氧化碳(CO)组分势必会对热解过程产生影响。此外，生物质中钾含量高，钾对生物质热解、气化和矿物质演变具有重大影响。但CO参与下钾对生物质热解、气化和矿物质演变的影响缺乏系统研究。 本文以松木屑为研究对象，探讨了钾和CO对生物质热解产物特性的影响规律;以稻壳灰、甘蔗渣灰和玉米芯灰的灰成分分析数据为依据，通过改变K2O的含量，利用模拟的方法研究了还原性气氛下钾对生物质灰矿物质演变的影响，得到以下主要结论: (1)不同热解温度下，内在钾对热解的影响不同。钾在低温下的催化促进作用和高温下与其他矿物质形成的低温共熔物而导致的阻碍作用是造成这种差异的主要原因。热解温度低于750℃时，内在钾促进生物质及生物质半焦官能团的断裂，使半焦收率降低、比表面积增加。当热解温度高于750℃时，偏光显微镜下可清晰看到半焦表面存在熔融团聚状矿物质。此外，与脱钾生物质相比，原生物质半焦收率提高，比表面积减少，炭微晶结构平均堆栈高度增加，内在钾表现为阻碍作用。 (2)不同热解温度下CO对热解的影响不同。CO低温下的诱导效应及高温下的歧化反应是造成这种差异的主要原因。热解温度低于750℃时，CO会诱发生物质及生物质半焦官能团的断裂，促进热解反应进行。与纯N2气氛相比，富CO气氛下半焦收率降低，比表面积增加。热解温度大于750℃时，CO会发生歧化反应，歧化反应生成积碳堵塞孔道，导致富CO气氛下半焦收率增加。 (3)外在钾添加量对热解产物分布影响较大。550℃低温热解时，随外在钾添加量的增加，半焦的收率、比表面积和活性位点数均呈增加趋势。850℃高温热解时，随外在钾添加量的增加，半焦收率增加，但比表面积呈下降趋势。而外在钾的催化促进作用及其与其他矿物质形成低温共熔物进而导致的阻碍作用是造成上述差异的主要原因。此外，外在钾对半焦CO2气化反应性及对热解焦油的组成同样产生重要影响。 (4)还原性气氛下，钾会严重影响生物质灰的矿物质演变过程。K2O与Al2O3、SiO2结合形成钾长石导致生物质灰的初始结渣温度降低、初始液渣量增加。K2O对镁铁类矿物质演变的影响比对长石类和硅钙类矿物质影响小。此外，CO参与下K2O含量达到50％时，会与气氛发生气固反应生成K2CO3、K2Ca(CO3)2等矿物质而使初始结渣量降低。