生物质焦油热裂解动力学参数实验研究.pdf

第40卷第9期
燃料化学学报
Vol 40 No 9
2012年9月
Journal of Fuel Chemistry and Technology
Sep.2012
文章编号:0253-2409(2012)09-1060-07
生物质焦油热裂解动力学参数实验研究
黎柴佐2,冉景煜2
(1.重庆大学低品位能源利用技术及系统教育部重点实验室,重庆40004;2.重庆大学动力工程学院,重庆40004)
摘要:基于进样过程中焦油蒸发的不稳定性以及反应温度的测定和控制难度,设计了移动床焦油进样系统,使用样品槽携
带焦油进入具有线性温度分布的炉膛空间,以样品槽的运动进样代替焦油流动进样,以获得稳定的焦油蒸发进样和更容易控
制的反应温度。在此基础上,研究了不同进样速率下的焦油热裂解及其动力学特性。结果表明,在573~1123K,焦油的裂解
率随温度的升高而加速升高,并在1123K时达到58%的裂解率;焦油热裂解遵循一级动力学反应,其平均活化能为
39.5kI/mol,指前因子为1.58min-。
关键词:进样方式;加热方式;焦油;热裂解;动力学参数
中阳分类号:TK6文献标识码:A
Experimental study on kinetic parameters of thermal cracking of biomass tar
LI Chai-zuo'", RAN Jing-yu
(1. Key Laboratory of Low-grade Energy Utilization Technologies and Systems, Ministry of Education
Chongqing University, Chongqing 400044, China;
2. College of Thermal Power Engineering, Chongging University, Chongging 400044, China
Abstract For the reason of the unstable evaporation in the tar sampling process and the difficulty of measuring
and controlling reaction temperature, a moving bed as the tar sample introduction system was designed. A sample
tray carrying tar was moved into the furnace with linear temperature distribution of the entrance zone. The
movement of the tray instead of that of the tar, makes the tar sample introduction process more stable and the
perature easer to control. On this basis, tar cracking process and kinetic characteristics with the different
sample introduction rate were studied. The results indicate the tar cracking rate is accelerated with increasing
temperature at 573-1 123 K. The tar cracking rate reaches 58% at 1 123 K. The tar thermal cracking reaction is
a first order reaction. On average, the activation energy is 39. 5 KJ/mol and the pre-exponential factor is 1. 58
mn
Key words: sample introduction methord; heating mode; tar; thermal cracking; kinetic parameters
生物质焦油化学处理方法主要是热裂解和催化空间的焦油为气态。目前,常见的焦油进样方式主
裂解,将焦油转化成小分子气体(氢气、一氧化碳、要有三种,采用注射泵恒速推进焦油,并用恒温蒸发
甲烷、二氧化碳等),增加可燃气体产量,实现焦油器将液体焦油蒸发;采用饱和器使焦油在载气中达
资源化利用,并提高生物质的利用率。目前,对焦油到饱和;采用气化器或者热解产气作为焦油供应源。
裂解动力学的研究还存在一定困难,主要是因为焦
采用注射泵推进样品进入恒温蒸发器内蒸发,
油的多组分导致焦油进样难于恒定,另外,焦油各个样品多采用模型化合物代替焦油,也有采用实际焦
成分在化学反应过程中,反应机理各不相同,除了生油。其中,较为常见的模型化合物是苯、甲苯2-?
成小分子气体外,焦油还会发生一些转化反应,生成或者萘”等化合物作为研究对象。另外,也有少
更难裂解的化合物,而导致了焦油的反应机理难于部分学者采用注射泵推进实际焦油进入到恒温器中
研究。焦油热裂解反应及其动力学研究,对焦油处蒸发,如 Faundez等?采用注射泵推进实际焦油进
理以及气化炉中控制焦油的产生量具有现实意义。入到一根恒温加热的不锈钢管中蒸发。采用注射泵
实验过程中,若焦油进样速率波动,会影响反应的稳恒速推进样品,能够得到恒定的液体样品流量,但是
定以及后续测量分析。常温下焦油为液体,而焦油在恒温蒸发器或蒸发管中,样品并不易得到一个稳
的裂解反应是在高温气态下进行的,因此,焦油裂解定的蒸发。由于实验中样品流量通常较小,液体可
实验不仅要求焦油进样稳定,而且还要求进入反应能在流动过程中受到表面张力等因素的影响在管道
收稿日期:2011-12-16;修回日期:201203-15
基金项目:重庆市重点自然科学基金(CST2013JB021);重庆大学211工程“三期建设”项目(s-09101)。
联系作者:冉景煜(1968-),男,博士,教授,主要从事生物质气化与固体气体燃料燃烧等研究,Tel:023-65103114,E-mail:Rajy@cqu.
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