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摘 要

能源是经济发展的驱动力，在资源短缺的大背景下，对可再生能源的研究显得尤为重要。生物质能是储量丰富的可再生能源，生物质能源利用的最有效方式。

本文对生物质气化过程中产生的焦油进行了研究，探讨了现有的焦油脱除方法，建立了处理量为2Nm³/h的喷淋冷却-吸附燃气净化装置对燃气焦油净化性能进行实验研究。本文选取木屑作为生物质原料，木屑在气化炉中气化产生燃气，气化炉连接燃气净化装置。燃气净化装置包含喷淋冷却器、介孔吸附柱和微孔吸附柱三个单元。喷淋冷却器用于脱除重焦油，吸附柱用于脱除中轻质焦油。实验结果表明：经喷淋冷却器降温后，燃气中大部分重焦油已经冷凝去除；介孔吸附剂对杂环芳烃具有吸附效果，可吸附燃气中90%左右的杂环芳烃；微孔吸附剂对各类焦油均有良好的吸附效果。该系统可将燃气中的焦油降至低于20 mg/m³。

关键词：生物质燃气焦油；吸附；多级脱除

ABSTRACT

Energy is the driving force of economic development, in the context of the shortage of resources, the study of renewable energy is particularly important. Biomass energy is a renewable energy source with abundant reserves, and gasification is the most effective way to use biomass energy.

In this thesis, we have studied the tar which generated in the process of biomass gasification, and discussed the existing tar removal methods, established cooling spray-adsorption gas purification device which have the capacity to handle 2Nm³/h to study on the performance of gas purification. The paper selected wood chips as biomass feedstock. The syngas was released from wood chips in the gasifier. The gasifier connected with purification device. Gas purification device includes a spray cooler, mesoporous and microporous adsorption unit. Spray cooler removed heavy tar, adsorption unit removed light and Intermediate tar. The results shows: After spray cooler cooling, most of the heavy tar in gas has been condensed; 90% of heterocyclic aromatic can be adsorbed by mesoporous adsorbent; microporous adsorbent can adsorp various types of tar. The system can lower the concentration of the tar in the gas to less than 20 mg/m³.

Key words: Biomass gas tar; adsorption; multistage removal

目录

摘要 2

ABSTRACT 3

1.1 背景及意义 6

1.2 焦油的特征和分类 6

1.3 课题主要研究内容 8

第二章 实验部分 10

2.1 实验原理 10

2.2 原料和试剂 10

2.3 主要装置与仪表 12

2.4 实验步骤 13

2.4.1 实验准备工作 13

2.4.1 实验前期 15

2.4.2 实验中期 16

2.4.3 实验后期 18

第三章 数据分析 20

3.1 分析方法 20

3.2不同介孔吸附温度下的脱除情况 23

3.2.1 重质焦油 23

3.2.2 中质焦油 23

3.2.3 轻质焦油 25

3.3不同微孔吸附温度下的脱除情况 26

3.3.1 重质焦油 26

3.3.2 中质焦油 26

3.3.3 轻质焦油 27

3.4 总结 28

第四章 结论与展望 30

结语 31

致谢 32

参考文献 33

第一章 绪论

1.1 背景及意义

能源是世界发展和经济增长的基本驱动力，是人们赖以生存的基础。当下，能源的可持续发展、能源和环境，是全世界人民共同关心的问题^[1]。随着社会的不断发展，人们对于能源的需求不断增长，能源短缺和环境污染的问题渐渐成为人们关注的焦点，因此能源的可持续利用已经成为一项十分紧迫的研究课题。

生物质能是继煤、石油和天然气三大化石能源之后的第四位能源^[2]，同时也是唯一能够储存和运输的可再生能源^[3]，是唯一能替代化石能源转化为燃料以及其它化工原料实现碳资源循环利用的可再生资源^[4]。同化石燃料相比，生物质能具有可再生、低污染，广泛分布，总量十分丰富等一系列显著优点。目前，我国可利用的生物质资源总量达到700 Mt标准煤，并且总量持续增加^[5]。

生物质气化是生物质能高品位利用的一种主要技术，其原理是将固态生物质原料在高温下转换成高品位的可燃气体^[6]。但是生物质在气化过程中不可避免地会产生焦油^[1,7-9]。燃气中的焦油难以完全燃烧，水，灰分和炭颗粒等杂质都容易与焦油粘合，造成堵塞，产生腐蚀性的破坏^[10]。因此，焦油成为生物质气化过程工业化的主要阻碍之一^[7]。

生物质在气化的过程中，大量的焦油及其它副产物的产生给气化系统以及环境带来很严重的问题，但由于焦油成分的复杂多样，焦油净化是个技术难题。课题组在气液相平衡理论、介孔毛细凝聚吸附和微孔填充吸附理论的基础上，并基于脱焦过程的能量梯级利用，构建一种结合喷淋冷却（激冷）、介孔凝聚吸附和微孔吸附的生物质燃气焦油多级多效深度脱除过程，并研究真实焦油在多级脱除过程的分配和脱除机理，考察操作参数对脱除性能的影响。

1.2 焦油的特征和分类

生物质燃气焦油由数百种碳氢化合物组成，主要为单环到五环的芳烃^[11-14]。其中，质量分数大于5%的有7种，分别是苯、萘、甲苯、二甲苯、苯乙烯、酚和茚。焦油在300℃以上呈气态，低于200℃逐步凝结为液体^[6]。

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