一种生物质热解产生的气体中焦油含量的测定方法与流程

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一种生物质热解产生的气体中焦油含量的测定方法与流程

本发明属于能源技术领域,具体涉及一种生物质热解产生的气体中焦油含量的测定方法。



背景技术:

生物质燃气中焦油的含量对于燃气发电机组的保护以及燃气进一步深加工应用是一个重要的工艺指标,其测量准确性具有非常重要的意义。

目前,生物质燃气中焦油含量的测定方法主要是采用冷阱法,该方法是将夹带有焦油的燃气通过放在冰浴中装有有机溶剂的洗气瓶将燃气中的焦油溶解在有机溶剂中,通过测量洗气瓶洗气前、后的重量,便可知道对应燃气中焦油的含量的多少。该方法存在以下问题:当夹带有焦油的燃气通过有机溶剂洗气瓶时,溶剂以泡和蒸汽压的形式被燃气带走,导致冷阱洗气瓶收集焦油后的重量比没有洗气收集焦油前的重量还要轻,此时,通过差量法出现负值,因而,无法测得对应燃气流量是焦油的含量。



技术实现要素:

本发明的目的是为了解决目前生物质燃气中焦油含量的测定不准确甚至无法测量的问题,开发了一种用重量法间接测定生物质热解产生的气体中焦油含量的方法。

为实现上述发明目的,本发明采用了以下技术方案:

一种生物质热解产生的气体中焦油含量的测定方法,将准确质量的生物质mbiomass于设定热解条件进行热解,获得生物质热解气的常温、常压产气体积量,由此转化得到生物质热解所产生的热解气在标准状况下的体积v0,分析测定热解气中的体积组成yi,计算得到对应生物质热解所产生的热解气的气体质量mgas;

并获得生物质热解后的残炭重量mc,

按照以下公式计算焦油含量mtar:

式中:mbiomass为热解的生物质质量;mgas为对应生物质热解所产生的热解气的气体质量;mc为对应生物质热解后剩下来的固体残炭;v0为对应生物质热解时所产生的气体在标准状况下的气体体积。

按上述方案,所述对应生物质热解所产生的热解气的气体质量mgas的获得方法:

通过生物质的热解气产气体积v0以及对应气体组份的体积百分含量来计算计算得到热解气的平均分子量然后按下述公式计算而得:

式中:mgas为对应生物质热解所产生的气体总质量,n为对应的生物质所产生的气体的总摩尔量(mol),为所有气体的平均分子量(g/mol),yi与mi分别为气体中组份i的体积百分数(vol.%)与其对应的摩尔质量(g/mol),j代表气体组份中气体的种类数。

v0为对应生物质热解时所产生的热解气在标准状况下的气体体积。

按上述方案,所述热解气中的体积组成yi通过将收集到的热解气采用气相色谱分析获得。

按上述方案,生物质热解气的常温、常压产气体积量采用排水法得到。具体为:提供用于测量生物质热解产气量的装置,包括依次通过气管连接的反应管,冷却装置,反应管的一部分位于加热装置内,冷却装置出口连接有气管,冷却装置出口的气管伸入倒扣的量气筒内,量气筒上设有刻度且位于水槽内,测量时,生物质位于反应管内,水槽内装有水、量气筒底部开口被水槽内的水液封;

准确称取一定重量的生物质放入热解的石英管中,控制马弗炉的加热温度,并使放入热解物质样的那部分反应管暂时不在加热区内,待马弗炉的加热达到指定热解温度后,向反应管中通过惰性气体,将反应管中的空气置换干净,防止生物质热解时被空气所氧化,待反应管中的空气充分被排出后,停止惰性气体的通入,将放有待热解生物质样的那段反应管推入到马弗炉中的加热区中,与此同时,产生出的气体经过冰浴洗气瓶后,再通入到先前排走空气已装满水并倒立在水槽中的量气管中,直致没有气体产生为止,再将量气管内的水液面压至与量气管外的水槽液面保持一致,读取量气管的体积数,即为对应的热解生物质在指定温度下热解产生的热解气的常温、常压产气体积量,通过状态方程转化为标况下的体积数,即为对应生物质热解后所产生的标准状况下的体积数v0,用气相色谱分析系统分析量气筒中气体组份的体积组成yi。

按上述方案,所述的热解为无氧热解气化或催化热解气化。

按上述方案,所述的加热装置为电炉、马弗炉以及其它可以用来加热的设备,加热装置通过温控仪进行温度调控。

按上述方案,所述的反应管为石英管。

按上述方案,所述的用于测量生物质热解产气量的装置还包括与反应管依次通过气管连接的惰性气瓶、流量计。

按上述方案,所述的用于测量生物质热解产气量的装置还包括用于分析热解气组成的气体分析系统。

按上述方案,所述热解完成后将反应体系冷却至室温,对生物质热解后的残炭称重,获得对应生物质热解后剩下来的固体残炭。

按上述方案,所述的生物质为利用光合作用将太阳能转化为化学能储存植物中所有植物秸秆及果实的外壳等。

该方法避开了传统直接测量焦油重量而导致测量不准或测不出来的问题,而是采用测量一定量的生物质在指定条件下热解所产生的气体、固体的重量,再通过差量法得到对应生物质热解过程中所产生的焦油重量,由于这些生物质热解所产生的气体量可通过排水法准确收集,进而对应气体的组成成份可通过气相色谱准确测定,由此即可获得生物质解产生的热解气的准确质量,最终保证焦油含量测定的准确度。

该方法的实现是将少量准确称量的热解物质放入热解的石英管反应器中,热解物质量的多少由其本身产气量多少来决定,产气量多的就少,反之就多,然后将石英管放入马弗炉中,并使放入生物质样那部分暂时不在加热区内,启动马弗炉,温控仪表控制其温度,待马弗炉加热达到指定热解温度后,开始通入惰性气将石英管中的空气置换干净,防止生物质热解时被空气所氧化,待空气赶尽后,停止惰性气体的通入,再将放有热解物质样的那段石英管推入到马弗炉中的加热恒温区,与此同时,将产生出的气体通入到先前已排走空气充满水并倒立在水槽中的量气管中,直致没有气体产生不止,将量气管内的水液面与量气管外的水槽的液位保持一致,确保量气筒中气体的压力状态与外界大气压力相同,此时量气管中的体积即为对应的热解物质在指定热解温度下产生的室温、常压产气量,由于生物质的样少加上马弗炉的热容量大,以致将放有热解生物质样的那段石英管反应器推入到马弗炉加热时其温度基本不变,这样保证了热解物质的产气量为指定热解温度的产气量,因为生物质在指定温度下热解产生出的气体在水中溶解度几乎可以忽略不计,因而,所测定出的热解产气量非常准确,与实际工业过程相一致。

完成上述任务之后,将马弗炉中的石英管反应器冷却至室温,并将反应器中的生物质热解后的残炭称重,再将用排水法收集到的气体通过气相色谱分析其组成,这样便可通过间接计算的方法测定生物质解产生的燃气中的焦油含量。

本发明的有益效果:

燃气中的焦油含量的测定对于保护后续设备(如发电机组)、工艺过程中的催化剂量的确定与使用具有重要意义,采用该方法可以准确测定生物质热解或气化过程中产生的燃气中的焦油含量,从而为生物能的开发与利用以及提高其附加值开辟了广阔的前景。

附图说明

图1为本发明生物质燃气中焦油含量的测定方法使用装置示意图,图中:1惰性气瓶、2转子流量计、3石英管、4马弗炉、5热解物质、6加热装置温控仪表、7冰浴洗气瓶、8水槽、9量气筒、10气相色谱分析系统。

具体实施方式:

以下结合附图和实施例对本发明的工作过程进行描述。

实施例1

准确称取2.0293谷壳放入热解的石英管3中,然后将石英管3放入马弗炉4中,并使放入热解物质样5那部分暂时不在加热区内,通过加热装置温控仪表6控制马弗炉的加热温度,待马弗炉的加热达到指定热解温度后,向石英管3中通过惰性气瓶1中的惰性气体,并通过转子流量计2控制适当的流量,以便用惰性气氮气将石英管3中的空气置换干净,防止生物质热解时被空气所氧化,待石英管3中的空气赶尽后,停止惰性气体的通入,然后再将放有待热解生物质样的那段石英管推入到马弗炉4中的加热区中,与此同时,产生出的气体经过冰浴洗气瓶7后,再通入到先前排走空气已装满水并倒立在水槽8中的量气筒9中,直致没有气体产生不止,此时,马弗炉停止加热并冷让其冷却至室温,并准确称取石英管反应器中生物质热解后的残炭重量;再将量气筒内的水液面压至与量气筒外的水槽8液面保持一致,读取量气筒9中的体积数,即为对应的热解生物质5在指定温度下热解产生出的常温、常压的产气体积量,通过状态方程转化为标况下的体积数,即为对应生物质热解后所产生的标准状况下的体积数v0,用气相色谱分析系统10分析量气筒中气体组份的体积组成yi,热解完成后将马弗炉中的石英管反应器冷却至室温,将反应器中的生物质热解后的残炭称重。

表一给出了谷壳在600℃下无氧热解时的产气量、热解后的残炭量以及量气筒中的气体的体积及其色谱的组份分析如下表1所示,

根据表中的数据可间接地计算出在600℃条件下,谷壳热解产生的燃气中焦油含量为1393g/nm3

表一谷壳在600℃下无氧热解产生的燃气中焦油含量的测定

实施例2

准确称取2.0247谷壳放入热解的石英管3中,然后将石英管3放入马弗炉4中,并使放入热解物质样5那部分暂时不在加热区内,通过加热装置温控仪表6控制马弗炉的加热温度,待马弗炉的加热达到指定热解温度后,向石英管3中通过惰性气瓶1中的惰性气体,并通过转子流量计2控制适当的流量,以便用惰性气氮气将石英管3中的空气置换干净,防止生物质热解时被空气所氧化,待石英管3中的空气赶尽后,停止惰性气体的通入,然后再将放有待热解生物质样的那段石英管推入到马弗炉4中的加热区中,与此同时,产生出的气体经过冰浴洗气瓶7后,再通入到先前排走空气已装满水并倒立在水槽8中的量气管9中,直致没有气体产生不止,此时,马弗炉停止加热并冷让其冷却至室温,并准确称取石英管反应器中生物质热解后的残炭重量;再将量气筒内的水液面压至与量气筒外的水槽8液面保持一致,读取量气筒9中的体积数,即为对应的热解生物质5在指定温度下热解产生出的常温、常压的产气体积量,通过状态方程转化为标况下的体积数,即为对应生物质热解后所产生的标准状况下的体积数v0,用气相色谱分析系统10分析量气筒中气体组份的体积组成yi,表一给出了谷壳在700℃下无氧热解时的产气量、热解后的残炭量以及量气筒中的气体的体积及其色谱的组份分析如下表2所示,根据表中的数据可间接地计算出在700℃条件下,谷壳热解产生的燃气中焦油含量为1103g/nm3

表2谷壳在700℃下无氧热解产生的燃气中焦油含量的测定

实施例3

准确称取2.0347谷壳放入热解的石英管3中,然后将石英管3放入马弗炉4中,并使放入热解物质样5那部分暂时不在加热区内,通过加热装置温控仪表6控制马弗炉的加热温度,待马弗炉的加热达到指定热解温度后,向石英管3中通过惰性气瓶1中的惰性气体,并通过流转子量计2控制适当的流量,以便用惰性气氮气将石英管3中的空气置换干净,防止生物质热解时被空气所氧化,待石英管反应器3中的空气赶尽后,停止惰性气体的通入,然后再将放有待热解生物质样的那段石英管推入到马弗炉中的加热区中,与此同时,产生出的气体经过冰浴洗气瓶7后,再通入到先前排走空气已装满水并倒立在水槽8中的量气管9中,直致没有气体产生不止,此时,马弗炉停止加热并冷让其冷却至室温,并准确称取石英管反应器中生物质热解后的残炭重量;再将量气筒内的水液面压至与量气管外的水槽8液面保持一致,读取量气筒9中的体积数,即为对应的热解生物质5在指定温度下热解产生出的常温、常压的产气体积量,通过状态方程转化为标况下的体积数,即为对应生物质热解后所产生的标准状况下的体积数v0,用气相色谱分析系统10分析量气筒中气体组份的体积组成yi,表一给出了谷壳在800℃下无氧热解时的产气量、热解后的残炭量以及量气筒中的气体的体积及其色谱的组份分析如下表1所示,根据表中的数据可间接地计算出在800℃条件下,谷壳热解产生的燃气中焦油含量为857g/nm3

表3谷壳在800℃下无氧热解产生的燃气中焦油含量的测定

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