TLUD气化炉焦油特性试验研究

第201年期JOURNAL OF YULIN UNIVERSTTYvaL.2iNo2第2期Vol.21 No.2TLUD气化炉焦油特性试验研究何广昌,李红波(中国核电工程有限公司郑州分公司核电工艺设计所,河南郑州450052)摘要:自行设计制作了一个小型顶部点火 上吸式固定床(TLUD)气化炉试验台架,选用两种物料(花生壳、稻壳)从焦油特性方面对TLUD气化炉的气化特性进行了研究,试验证明TLUD气化炉在产气稳定性和燃料适应性方面有了很大的提升,同时克服了传统的底部点火方式上吸式固定床气化炉固有的搭桥现象和产气中水分焦油含量高的难点。关键词:气化;TLUD气化炉;焦油特性中图分类号:GQ541文献标志码:A 文章编号 :1008 -3871(2011)02 -0028 -051引肓丙酮为吸收剂的冷态捕集法(CT)对燃气中焦油含目前，国内的户用型生物质气化炉所采用的炉量进行测定,运用EPA的重度分析方法和气相色谱型基本为上吸式固定床气化炉。受气化炉炉内反应-质谱(GC - MS)法'")对燃料气体中焦油含量和化机理的限制,上吸式固定床气化炉在其上部的裂解学组成进行测定分析。层,由于燃料的裂解干馏产生了大量的焦油,从而导焦油分析仪器采用FinniganTRACEGC-MS致出口燃气中的焦油含量很高"。气相色谱质谱联用仪,测量的分子量范围2-焦油是一种可冷凝的复杂混合物,对气化过程1023amu。进样量0. 5μl,载气:高纯氦,CC- MS接以及相关的设备都有着非常不利的影响”:浪费能口温度:200C,质谱检测器采用全扫描(SCAN)方源,降低气化效率;腐蚀管壁和设备,造成安全隐患;式。其具体分析条件如表1所示。堵塞管道,造成不便;产生炭黑,损害炊具;污染环3试验装置境,危害健康,焦油对人体健康有害,给气化系统的: 3.1 试验物料本试验 特以花生壳和稻壳为例,其周边环境造成污染。户用型生物质气化炉上所采用粒度分别为15~20mm和7mm;振实堆积密度分别的焦油净化装置基本为冷凝、水洗或过滤等形式,其为159kg/m3和131kg/m' ,原料量分别为3.603kg、结构简单、成本很低,但是易于引起二次污染。这些3.272kg,其化学特性如表2所示。问题极大地限制了气化炉的进一步推广 应用。3.2试验装置试验 所用的气化炉就是本文研由此可见,燃气中的焦油具有相当大的危害性，制的小型 TLUD气化炉。整个TLUD气化炉试验台研究新的气化方式,优化炉体结构,改善运行工况，架包括三个 系统:气化炉反应器系统,温度监测系统尽可能地降低燃气焦油含量是十分必要的。本文自和焦油提取气体取样系统。主要参数:燃料消耗率行研制一顶部点火上吸式固定床(TLUD)气化炉，FCR = 1.936kg/hr;反应器直径D = 0.2m;反应器以期能从根本上解决焦油问题。高度H = 0.8m;反应时间T = 1. 4hr;所需空气量2焦油的取样和分析方法AFR = 2. 79m2/hr。限于本实验室的现有条件,作者参照1998年布4试验的结果和分析鲁塞尔生物质会议上'3]确定的焦油取样系统及国4.1焦油的含量测定分析过程为减少因溶 剂挥发内相关生物质气化的焦油取样装置[4,5,6],采用以r带中国煤化工后立即进行重度YHCNMHG收稿日期2010-11- 28.作者简介:何广昌( 1982- -) .男.河南南阳人.助理工程师,硕士。E - mil:bgh789@ nin. com何广昌,李红波:TUD气化炉焦油特性试验研究.29.分析。两种气化焦油样品重度分析结果如表3所示。表1GC-MS分析条件名称参毛细管柱HP - 5MS 30m x0. 25mm x0. 25μum汽化器温度.250C柱温45C停留5min,以10C/min升至280C后恒温10min。分流比40: 1扫描质量范围40 -500u扫描时间0.58电离方式E电子轰击能量70eV表2生物质样品的分析结果生物质工业分析(wt. %) ad元素分析(wt. %) adLHV原料MdVuA.FCaCaHuNuSaO*(M]/kg)花生壳8.8468.48 4.69 .17.99 43.536.542.240.1234. 0416. 28稻壳6.460.11 16.57 16.92 37.925.550.460.6232. 1313. 66$ 0含量由差减法计算得到;ad:空气干燥基。表3花生壳和稻壳 气化焦油样品重度分析结果试验原料试验条件焦油含量(g/m')花生壳(振实)原料量3. 603kg,空气流量4. 0m2/h0.25稻壳(振实)原料量3. 272kg,空气流量3. 0m'/h0.49而传统的底部点火上吸式固定床气化炉产品气了 焦油在炉内所经过的高温区的停留时间,使焦油中焦油含量平均范围为20 ~ 100g/m' ,最高可达裂解充分 ,燃气热值提高,焦油含量降低。150g/m3[8]。与其相比顶部点火上吸式固定床由此可见,通过改变点火位置和优化炉内结构,(TLUD)气化炉在产气焦油和水分含量低方面具有可以大大提高焦油的裂解率,降低产气焦油含量,提很明显的优势。高产气品质。开发研制TLUD气化炉试验证明是可试验发现:燃烧区的温度以及温度分布的均匀行的,继承了传统的上吸式固定床气化炉的各种优程度对焦油的裂解影响很大,随着温度的升高和停点,而且克服了其产气焦油含量高的缺陷。留时间的增加焦油的含量会明显地减少。在试验4.2焦油的含量测定分析过程通 过对花生壳和稻过程中,布风板要插至正确的位置,装料时要各处振壳气化焦油总离子流色谱图中的各峰进行质谱扫描实状态均匀-致,保证布风的均匀性;点火时要使料后得到MH中国煤化工油进行定性分.层顶端物料引燃均匀,防止偏烧和穿孔现象的发生。析;采CNMHG谱图进行面积建议通过进一步优化完善炉内结构,使气化区和还归一化积分,得出各峰即各化合物在生物质焦油中原区的反应温度提高;增加还原区的高度,从而增加的相对百分含量。最后将确认出的花生壳和稻壳焦●30●檎林学院学报2011年第2期(总第94期)油中主要的20余种化学成份及求得的各化学成份在焦油中的相对百分含量列于表4和5。表4花生壳气化焦油化学成分 GC - MS分析结果序号化合物名称分子式相对含量/%wt1二十一烷CxH40.3712二十烷C2pHa●0.0513二十三烷CHa7.8714二十四烷C2H,7.69411,13-二甲基- 12 -碳烯-1 -醇CgHxO21.1936二十五烷CxsHq10. 42671,1 ,4,7-四甲基- 1H-环丙骈[e]十氢( +)/(奧)CisH60. 446二十六烷CpHy9.154 .3 -苯基丙烯酸乙酯ChH2O24. 617CqH2O21. 38311十四烷基苯C2Hy2.37512二十七烷CzH310. 2371:2-+二烷烯-1 -基丁二酸酐2.75514十六碳炔-7Ci6Hxo4.472CzHy68.7116龙涎香醇CoH201. 746C2oHu .2.41318三十二烷C3H667.2211923 ,28 -双失碳-17β( H)藿烷CzH4g1.171三十烷C3oHs6.01928 -去甲基-17- β-( H)何伯烷C2gHx2.633CzHs3.52:28-去甲基-17- β-(H)何伯烷C2Ho .1.383CzHx .2.158表5稻壳气化焦油化学成分 GC -MS分析结果分子式相对含量/%wt中国煤化工甲苯5.342TYHCNMHG2-戊酮Ls HioU4.803菲Ci,Ho1.52 .何广昌,李红波:IUD气化炉焦油特性试验研究●31●序号化合物名称分子式相对含量/%wt4蒽Ci;Hz1.4925二十烷CxoHq1.52二戊基苯CioH60.413菲CuHo .2.87289,10-.二甲基蒽Ci6Hu1. 699二对甲苯基乙炔CigHu1.17110十六烷C16Hu1.7111,4苯二酚CgH2O,1.71921,4-二甲基-1,4-二氢-2,3 -喹喔啉二硫酮CoH2Os1.69713邻二氨杂萘CgHN22.88814吡咯[1 ,2 -a]噻吩[2,3 -d]嘧啶4.0215二十一烷CqHu5.57616喹唑啉-4基氧甲苯基胺CisHzNz3.317芘C2rHu3.405l82-(N-苯胺基)萘CigHJ,N25. 19219二十三烷CzHg4.32520CgHo .4.352211-茚酮C,H2O2. 61622二十四烷C2yHyo4.95823C2Hg5. 30924多胺多羧酸Cz6HzNgO%1.84825二十六烷C2gHy3.002，26二十七烷CxyHs1.95327C2Hy1.315从表4可以看出,花生壳气化焦油中已定性的对含量最高。有24种化合物,有酚、醛、酮、酯、酐、烷、炔类,烷烃从表5可以看出,稻壳焦油中已定性的有27种类含量最高,从二十烷到三十二烷,还有23,28-双化合物,有苯、酮、菲、蒽、烷、炔、酚萘胺、芘、酸等,失碳-17β(H)藿烷和28-去甲基-17-β-(H)成分 比花生壳焦油相对复杂些。组分中相对百分含何伯烷共十六种烷烃,相对百分含量为78.599%。量超过5%的化合物有甲苯(5.342%),二十一烷组分中相对百分含量超过5%的化合物有二十三烷(5.576%),2-(N-苯胺基)茶(25.192%),二+(7. 871%),二十四烷(7.694%),二+五烷( 10.三烷(9.634%),只占总鉴定量的45. 744%。组分426%),二十六烷(9.154%),3 -苯基丙烯酸乙酯中含量中国煤化工)和蔡类(28.(6%),二十七烷(24.605%),三十二烷(7.221%),08%),1YHCN M H G对含量尤为突三十烷(6. 019%),占总鉴定量的78. 9%。组分中出高达25. 192%。.含量最多的是烷烃类,而烷烃类中又以二十七烷相花生壳和稻壳的焦油成分都是C11以上的大●32●榆林学院学报2011年第2期(总第94期)分子化合物，而C10以下的轻质组分几乎没有,这体,而且由 于产气出口温度基本稳定在200C左右,可能与TLUD气化炉特殊的点火位置有关。TLUD残余的少量低沸点轻质组分成气态随产气排出到灶气化炉由于其点火区域位于炉内的顶部,气体流动头燃烧掉,而被收集到的是高沸点的大分子重质组方向不变,但是炉内的温度分布和反应区域分布特分。性却发生了显著的改变。炉内的反应区域从下至上需要进一步优化炉体结构和改善气化条件,尽依次为干燥层热解层、氧化层和还原层,热解层产可能多地降低产气焦油含量和改善焦油成分,从而生的焦油经过氧化层被基本燃烧,接着经过高温还解决由它带来的环境问题和资源浪费问题。原层,而还原层的高温碳是焦油催化裂解的很好的TLUD(顶部点火上吸式固定床)气化炉能从根催化剂,把焦油中的大分子裂解成小分子,干燥层产本 上在炉内把焦油含量降低,成本最低，不引起二生的水蒸气在穿过上部的高温区时会与焦油、焦炭次污染 ,与传统上吸式固定床气化炉相比具有很大和气体发生重整反应,焦油中容易裂解的轻质组分的优越性。和少数重质组分在炉内已经大部分被裂解成可燃气参考文献:[1]赖艳华，吕明新,马春元缩口结构对降低生物质两段气化中焦油生成量的影响研究[J].太阳能学报,2004 ,25(4) :547 -551.[2]杨巧利.生物质焦油和热解油分析方法的建立[D].郑州大学硕士学位论文, 2007.[3 ]Zhang Quanguo, et al, Provisional protocol for the sampling and anlaysis of tar and particulate in the gas fromlarge - scale biomass gasifer. 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TLUD gasifier had a great upgrade on gas stability andmaterials adaptability, and overcame the difficulties such as tloie , highwater and tar content in the gas which wereinherent in the traditional fixed - bed gasifier.Key words: Top - Lit UpDrat (TLUD) fixed -bed gasifier,中国煤化工YHCNMHG