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快速热解是生物质热化学转化利用的重要途径之一,但受生物质原料特性的制约,快速热解制得的生物油羧基、羰基含量高,导致其腐蚀性强、热稳定性差、热值低,严重阻碍了其的实际应用。利用生物油中羧基、羰基的高反应性制备富氮生物油具有广阔的应用前景。将富氮生物油用于再燃脱硝,一方面可以提供热量,同时获得较好的脱硝效果。另一方面可避免氨或尿素直接脱硝造成的氨逃逸的二次污染。
本研究重点考察了富氮生物油的燃烧特性并对其进行了再燃脱硝实验研究。首先在60℃和90℃下制备了N含量为2%和5%的富氮生物油Noil-60(2%),Noil-90(2%)和Noil-60(5%),对其主要物理性质进行了测定,并利用气质联用仪对其化学组成进行了分析。与生物油相比,富氮生物油水分含量有所增加,热值减小,运动粘度明显增大,其中的醛酮类、羧酸类、酯类以及小分子酚类等含量减小。借助热重红外仪分析了富氮生物油燃烧特性及其主要产物的释放规律。结果表明,富氮生物油热解过程释放出NH3,CO和CH4等,NH3和其他还原性气体的存存将有利于富氮生物油的再燃脱硝。
开展富氮生物油的管式炉热解实验,并对热解气体产物以及热解焦的组成进行分析。热解温度由750℃升高至950℃时,富氮生物油热解产生的H2和NH3逐渐增多,热解焦中的N元素含量降低,Noil-60(5%)热解释放的H2含量由18.9%升高全25%,NH3从6.16mL/g升至9.66mL/g,热解焦中N元素含量由6.66%降低到5.49%。热解过程中,富氮生物油Noil-60(5%)中N元素有7%~10%转化为NH3,12%~19%的N残留在热解焦中。
通过自行设计的管式炉反应器模拟再燃室,对富氮生物油脱硝能力进行了初步探讨。实验考察了再燃区反应温度、尿素添加量和过量空气系数等参数对富氮生物油再燃脱硝效果的影响。当反应温度为850℃时,生物油再燃脱硝率仅为36.72%,而富氮生物油Noil-60(5%)再燃脱硝率达到59.83%,当温度升高至950℃时,Noil-60(5%)的再燃脱硝率可达到87.66%。富氮生物油中尿素的添加量的增加对其脱硝能力也有积极的影响;较低的过量空气系数会形成更多的还原性气体,进而提高富氮生物油的脱硝能力。