一種生物質熱解產生的氣體中焦油含量的測定方法與流程
本發明屬于能源技術領域，具體涉及一種生物質熱解產生的氣體中焦油含量的測定方法。
背景技術：
生物質燃氣中焦油的含量對于燃氣發電機組的保護以及燃氣進一步深加工應用是一個重要的工藝指標，其測量準確性具有非常重要的意義。
目前，生物質燃氣中焦油含量的測定方法主要是采用冷阱法，該方法是將夾帶有焦油的燃氣通過放在冰浴中裝有有機溶劑的洗氣瓶將燃氣中的焦油溶解在有機溶劑中，通過測量洗氣瓶洗氣前、后的重量，便可知道對應燃氣中焦油的含量的多少。該方法存在以下問題：當夾帶有焦油的燃氣通過有機溶劑洗氣瓶時，溶劑以泡和蒸汽壓的形式被燃氣帶走，導致冷阱洗氣瓶收集焦油后的重量比沒有洗氣收集焦油前的重量還要輕，此時，通過差量法出現負值，因而，無法測得對應燃氣流量是焦油的含量。
技術實現要素：
本發明的目的是為了解決目前生物質燃氣中焦油含量的測定不準確甚至無法測量的問題，開發了一種用重量法間接測定生物質熱解產生的氣體中焦油含量的方法。
為實現上述發明目的，本發明采用了以下技術方案：
一種生物質熱解產生的氣體中焦油含量的測定方法，將準確質量的生物質mbiomass于設定熱解條件進行熱解，獲得生物質熱解氣的常溫、常壓產氣體積量，由此轉化得到生物質熱解所產生的熱解氣在標準狀況下的體積v0，分析測定熱解氣中的體積組成yi，計算得到對應生物質熱解所產生的熱解氣的氣體質量mgas；
并獲得生物質熱解后的殘炭重量mc，
按照以下公式計算焦油含量mtar：
式中：mbiomass為熱解的生物質質量；mgas為對應生物質熱解所產生的熱解氣的氣體質量；mc為對應生物質熱解后剩下來的固體殘炭；v0為對應生物質熱解時所產生的氣體在標準狀況下的氣體體積。
按上述方案，所述對應生物質熱解所產生的熱解氣的氣體質量mgas的獲得方法：
通過生物質的熱解氣產氣體積v0以及對應氣體組份的體積百分含量來計算計算得到熱解氣的平均分子量
式中：mgas為對應生物質熱解所產生的氣體總質量，n為對應的生物質所產生的氣體的總摩爾量(mol)，
v0為對應生物質熱解時所產生的熱解氣在標準狀況下的氣體體積。
按上述方案，所述熱解氣中的體積組成yi通過將收集到的熱解氣采用氣相色譜分析獲得。
按上述方案，生物質熱解氣的常溫、常壓產氣體積量采用排水法得到。具體為：提供用于測量生物質熱解產氣量的裝置，包括依次通過氣管連接的反應管，冷卻裝置，反應管的一部分位于加熱裝置內，冷卻裝置出口連接有氣管，冷卻裝置出口的氣管伸入倒扣的量氣筒內，量氣筒上設有刻度且位于水槽內，測量時，生物質位于反應管內，水槽內裝有水、量氣筒底部開口被水槽內的水液封；
準確稱取一定重量的生物質放入熱解的石英管中，控制馬弗爐的加熱溫度，并使放入熱解物質樣的那部分反應管暫時不在加熱區內，待馬弗爐的加熱達到指定熱解溫度后，向反應管中通過惰性氣體，將反應管中的空氣置換干凈，防止生物質熱解時被空氣所氧化，待反應管中的空氣充分被排出后，停止惰性氣體的通入，將放有待熱解生物質樣的那段反應管推入到馬弗爐中的加熱區中，與此同時，產生出的氣體經過冰浴洗氣瓶后，再通入到先前排走空氣已裝滿水并倒立在水槽中的量氣管中，直致沒有氣體產生為止，再將量氣管內的水液面壓至與量氣管外的水槽液面保持一致，讀取量氣管的體積數，即為對應的熱解生物質在指定溫度下熱解產生的熱解氣的常溫、常壓產氣體積量，通過狀態方程轉化為標況下的體積數，即為對應生物質熱解后所產生的標準狀況下的體積數v0，用氣相色譜分析系統分析量氣筒中氣體組份的體積組成yi。
按上述方案，所述的熱解為無氧熱解氣化或催化熱解氣化。
按上述方案，所述的加熱裝置為電爐、馬弗爐以及其它可以用來加熱的設備，加熱裝置通過溫控儀進行溫度調控。
按上述方案，所述的反應管為石英管。
按上述方案，所述的用于測量生物質熱解產氣量的裝置還包括與反應管依次通過氣管連接的惰性氣瓶、流量計。
按上述方案，所述的用于測量生物質熱解產氣量的裝置還包括用于分析熱解氣組成的氣體分析系統。
按上述方案，所述熱解完成后將反應體系冷卻至室溫，對生物質熱解后的殘炭稱重，獲得對應生物質熱解后剩下來的固體殘炭。
按上述方案，所述的生物質為利用光合作用將太陽能轉化為化學能儲存植物中所有植物秸稈及果實的外殼等。
該方法避開了傳統直接測量焦油重量而導致測量不準或測不出來的問題，而是采用測量一定量的生物質在指定條件下熱解所產生的氣體、固體的重量，再通過差量法得到對應生物質熱解過程中所產生的焦油重量，由于這些生物質熱解所產生的氣體量可通過排水法準確收集，進而對應氣體的組成成份可通過氣相色譜準確測定，由此即可獲得生物質解產生的熱解氣的準確質量，最終保證焦油含量測定的準確度。
該方法的實現是將少量準確稱量的熱解物質放入熱解的石英管反應器中，熱解物質量的多少由其本身產氣量多少來決定，產氣量多的就少，反之就多，然后將石英管放入馬弗爐中，并使放入生物質樣那部分暫時不在加熱區內，啟動馬弗爐，溫控儀表控制其溫度，待馬弗爐加熱達到指定熱解溫度后，開始通入惰性氣將石英管中的空氣置換干凈，防止生物質熱解時被空氣所氧化，待空氣趕盡后，停止惰性氣體的通入，再將放有熱解物質樣的那段石英管推入到馬弗爐中的加熱恒溫區，與此同時，將產生出的氣體通入到先前已排走空氣充滿水并倒立在水槽中的量氣管中，直致沒有氣體產生不止，將量氣管內的水液面與量氣管外的水槽的液位保持一致，確保量氣筒中氣體的壓力狀態與外界大氣壓力相同，此時量氣管中的體積即為對應的熱解物質在指定熱解溫度下產生的室溫、常壓產氣量，由于生物質的樣少加上馬弗爐的熱容量大，以致將放有熱解生物質樣的那段石英管反應器推入到馬弗爐加熱時其溫度基本不變，這樣保證了熱解物質的產氣量為指定熱解溫度的產氣量，因為生物質在指定溫度下熱解產生出的氣體在水中溶解度幾乎可以忽略不計，因而，所測定出的熱解產氣量非常準確，與實際工業過程相一致。
完成上述任務之后，將馬弗爐中的石英管反應器冷卻至室溫，并將反應器中的生物質熱解后的殘炭稱重，再將用排水法收集到的氣體通過氣相色譜分析其組成，這樣便可通過間接計算的方法測定生物質解產生的燃氣中的焦油含量。
本發明的有益效果：
燃氣中的焦油含量的測定對于保護后續設備(如發電機組)、工藝過程中的催化劑量的確定與使用具有重要意義，采用該方法可以準確測定生物質熱解或氣化過程中產生的燃氣中的焦油含量，從而為生物能的開發與利用以及提高其附加值開辟了廣闊的前景。
附圖說明
圖1為本發明生物質燃氣中焦油含量的測定方法使用裝置示意圖，圖中：1惰性氣瓶、2轉子流量計、3石英管、4馬弗爐、5熱解物質、6加熱裝置溫控儀表、7冰浴洗氣瓶、8水槽、9量氣筒、10氣相色譜分析系統。
具體實施方式：
以下結合附圖和實施例對本發明的工作過程進行描述。
實施例1
準確稱取2.0293谷殼放入熱解的石英管3中，然后將石英管3放入馬弗爐4中，并使放入熱解物質樣5那部分暫時不在加熱區內，通過加熱裝置溫控儀表6控制馬弗爐的加熱溫度，待馬弗爐的加熱達到指定熱解溫度后，向石英管3中通過惰性氣瓶1中的惰性氣體，并通過轉子流量計2控制適當的流量，以便用惰性氣氮氣將石英管3中的空氣置換干凈，防止生物質熱解時被空氣所氧化，待石英管3中的空氣趕盡后，停止惰性氣體的通入，然后再將放有待熱解生物質樣的那段石英管推入到馬弗爐4中的加熱區中，與此同時，產生出的氣體經過冰浴洗氣瓶7后，再通入到先前排走空氣已裝滿水并倒立在水槽8中的量氣筒9中，直致沒有氣體產生不止，此時，馬弗爐停止加熱并冷讓其冷卻至室溫，并準確稱取石英管反應器中生物質熱解后的殘炭重量；再將量氣筒內的水液面壓至與量氣筒外的水槽8液面保持一致，讀取量氣筒9中的體積數，即為對應的熱解生物質5在指定溫度下熱解產生出的常溫、常壓的產氣體積量，通過狀態方程轉化為標況下的體積數，即為對應生物質熱解后所產生的標準狀況下的體積數v0，用氣相色譜分析系統10分析量氣筒中氣體組份的體積組成yi，熱解完成后將馬弗爐中的石英管反應器冷卻至室溫，將反應器中的生物質熱解后的殘炭稱重。
表一給出了谷殼在600℃下無氧熱解時的產氣量、熱解后的殘炭量以及量氣筒中的氣體的體積及其色譜的組份分析如下表1所示，
根據表中的數據可間接地計算出在600℃條件下，谷殼熱解產生的燃氣中焦油含量為1393g/nm3。
表一谷殼在600℃下無氧熱解產生的燃氣中焦油含量的測定
實施例2
準確稱取2.0247谷殼放入熱解的石英管3中，然后將石英管3放入馬弗爐4中，并使放入熱解物質樣5那部分暫時不在加熱區內，通過加熱裝置溫控儀表6控制馬弗爐的加熱溫度，待馬弗爐的加熱達到指定熱解溫度后，向石英管3中通過惰性氣瓶1中的惰性氣體，并通過轉子流量計2控制適當的流量，以便用惰性氣氮氣將石英管3中的空氣置換干凈，防止生物質熱解時被空氣所氧化，待石英管3中的空氣趕盡后，停止惰性氣體的通入，然后再將放有待熱解生物質樣的那段石英管推入到馬弗爐4中的加熱區中，與此同時，產生出的氣體經過冰浴洗氣瓶7后，再通入到先前排走空氣已裝滿水并倒立在水槽8中的量氣管9中，直致沒有氣體產生不止，此時，馬弗爐停止加熱并冷讓其冷卻至室溫，并準確稱取石英管反應器中生物質熱解后的殘炭重量；再將量氣筒內的水液面壓至與量氣筒外的水槽8液面保持一致，讀取量氣筒9中的體積數，即為對應的熱解生物質5在指定溫度下熱解產生出的常溫、常壓的產氣體積量，通過狀態方程轉化為標況下的體積數，即為對應生物質熱解后所產生的標準狀況下的體積數v0，用氣相色譜分析系統10分析量氣筒中氣體組份的體積組成yi，表一給出了谷殼在700℃下無氧熱解時的產氣量、熱解后的殘炭量以及量氣筒中的氣體的體積及其色譜的組份分析如下表2所示，根據表中的數據可間接地計算出在700℃條件下，谷殼熱解產生的燃氣中焦油含量為1103g/nm3。
表2谷殼在700℃下無氧熱解產生的燃氣中焦油含量的測定
實施例3
準確稱取2.0347谷殼放入熱解的石英管3中，然后將石英管3放入馬弗爐4中，并使放入熱解物質樣5那部分暫時不在加熱區內，通過加熱裝置溫控儀表6控制馬弗爐的加熱溫度，待馬弗爐的加熱達到指定熱解溫度后，向石英管3中通過惰性氣瓶1中的惰性氣體，并通過流轉子量計2控制適當的流量，以便用惰性氣氮氣將石英管3中的空氣置換干凈，防止生物質熱解時被空氣所氧化，待石英管反應器3中的空氣趕盡后，停止惰性氣體的通入，然后再將放有待熱解生物質樣的那段石英管推入到馬弗爐中的加熱區中，與此同時，產生出的氣體經過冰浴洗氣瓶7后，再通入到先前排走空氣已裝滿水并倒立在水槽8中的量氣管9中，直致沒有氣體產生不止，此時，馬弗爐停止加熱并冷讓其冷卻至室溫，并準確稱取石英管反應器中生物質熱解后的殘炭重量；再將量氣筒內的水液面壓至與量氣管外的水槽8液面保持一致，讀取量氣筒9中的體積數，即為對應的熱解生物質5在指定溫度下熱解產生出的常溫、常壓的產氣體積量，通過狀態方程轉化為標況下的體積數，即為對應生物質熱解后所產生的標準狀況下的體積數v0，用氣相色譜分析系統10分析量氣筒中氣體組份的體積組成yi，表一給出了谷殼在800℃下無氧熱解時的產氣量、熱解后的殘炭量以及量氣筒中的氣體的體積及其色譜的組份分析如下表1所示，根據表中的數據可間接地計算出在800℃條件下，谷殼熱解產生的燃氣中焦油含量為857g/nm3。
表3谷殼在800℃下無氧熱解產生的燃氣中焦油含量的測定
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