本發(fā)明屬于能源技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種生物質(zhì)熱解產(chǎn)生的氣體中焦油含量的測定方法。

背景技術(shù)：

生物質(zhì)燃?xì)庵薪褂偷暮繉τ谌細(xì)獍l(fā)電機(jī)組的保護(hù)以及燃?xì)膺M(jìn)一步深加工應(yīng)用是一個重要的工藝指標(biāo)，其測量準(zhǔn)確性具有非常重要的意義。

目前，生物質(zhì)燃?xì)庵薪褂秃康臏y定方法主要是采用冷阱法，該方法是將夾帶有焦油的燃?xì)馔ㄟ^放在冰浴中裝有有機(jī)溶劑的洗氣瓶將燃?xì)庵械慕褂腿芙庠谟袡C(jī)溶劑中，通過測量洗氣瓶洗氣前、后的重量，便可知道對應(yīng)燃?xì)庵薪褂偷暮康亩嗌?。該方法存在以下問題：當(dāng)夾帶有焦油的燃?xì)馔ㄟ^有機(jī)溶劑洗氣瓶時，溶劑以泡和蒸汽壓的形式被燃?xì)鈳ё?，?dǎo)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(xiàn)負(fù)值，因而，無法測得對應(yīng)燃?xì)饬髁渴墙褂偷暮俊?/p>

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決目前生物質(zhì)燃?xì)庵薪褂秃康臏y定不準(zhǔn)確甚至無法測量的問題，開發(fā)了一種用重量法間接測定生物質(zhì)熱解產(chǎn)生的氣體中焦油含量的方法。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：

一種生物質(zhì)熱解產(chǎn)生的氣體中焦油含量的測定方法，將準(zhǔn)確質(zhì)量的生物質(zhì)mbiomass于設(shè)定熱解條件進(jìn)行熱解，獲得生物質(zhì)熱解氣的常溫、常壓產(chǎn)氣體積量，由此轉(zhuǎn)化得到生物質(zhì)熱解所產(chǎn)生的熱解氣在標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)生物質(zhì)熱解所產(chǎn)生的熱解氣的氣體質(zhì)量mgas；

并獲得生物質(zhì)熱解后的殘?zhí)恐亓縨c，

按照以下公式計算焦油含量mtar：

式中：mbiomass為熱解的生物質(zhì)質(zhì)量；mgas為對應(yīng)生物質(zhì)熱解所產(chǎn)生的熱解氣的氣體質(zhì)量；mc為對應(yīng)生物質(zhì)熱解后剩下來的固體殘?zhí)?；v0為對應(yīng)生物質(zhì)熱解時所產(chǎn)生的氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氣體體積。

按上述方案，所述對應(yīng)生物質(zhì)熱解所產(chǎn)生的熱解氣的氣體質(zhì)量mgas的獲得方法：

通過生物質(zhì)的熱解氣產(chǎn)氣體積v0以及對應(yīng)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然后按下述公式計算而得：

而

式中：mgas為對應(yīng)生物質(zhì)熱解所產(chǎn)生的氣體總質(zhì)量，n為對應(yīng)的生物質(zhì)所產(chǎn)生的氣體的總摩爾量(mol)，為所有氣體的平均分子量(g/mol)，yi與mi分別為氣體中組份i的體積百分?jǐn)?shù)(vol.％)與其對應(yīng)的摩爾質(zhì)量(g/mol)，j代表氣體組份中氣體的種類數(shù)。

v0為對應(yīng)生物質(zhì)熱解時所產(chǎn)生的熱解氣在標(biāo)準(zhǔn)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(zhì)熱解氣的常溫、常壓產(chǎn)氣體積量采用排水法得到。具體為：提供用于測量生物質(zhì)熱解產(chǎn)氣量的裝置，包括依次通過氣管連接的反應(yīng)管，冷卻裝置，反應(yīng)管的一部分位于加熱裝置內(nèi)，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(nèi)，量氣筒上設(shè)有刻度且位于水槽內(nèi)，測量時，生物質(zhì)位于反應(yīng)管內(nèi)，水槽內(nèi)裝有水、量氣筒底部開口被水槽內(nèi)的水液封；

準(zhǔn)確稱取一定重量的生物質(zhì)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(zhì)樣的那部分反應(yīng)管暫時不在加熱區(qū)內(nèi)，待馬弗爐的加熱達(dá)到指定熱解溫度后，向反應(yīng)管中通過惰性氣體，將反應(yīng)管中的空氣置換干凈，防止生物質(zhì)熱解時被空氣所氧化，待反應(yīng)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(zhì)樣的那段反應(yīng)管推入到馬弗爐中的加熱區(qū)中，與此同時，產(chǎn)生出的氣體經(jīng)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(chǎn)生為止，再將量氣管內(nèi)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(shù)，即為對應(yīng)的熱解生物質(zhì)在指定溫度下熱解產(chǎn)生的熱解氣的常溫、常壓產(chǎn)氣體積量，通過狀態(tài)方程轉(zhuǎn)化為標(biāo)況下的體積數(shù)，即為對應(yīng)生物質(zhì)熱解后所產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積數(shù)v0，用氣相色譜分析系統(tǒng)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(shè)備，加熱裝置通過溫控儀進(jìn)行溫度調(diào)控。

按上述方案，所述的反應(yīng)管為石英管。

按上述方案，所述的用于測量生物質(zhì)熱解產(chǎn)氣量的裝置還包括與反應(yīng)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(zhì)熱解產(chǎn)氣量的裝置還包括用于分析熱解氣組成的氣體分析系統(tǒng)。

按上述方案，所述熱解完成后將反應(yīng)體系冷卻至室溫，對生物質(zhì)熱解后的殘?zhí)糠Q重，獲得對應(yīng)生物質(zhì)熱解后剩下來的固體殘?zhí)俊?/p>

按上述方案，所述的生物質(zhì)為利用光合作用將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)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(tǒng)直接測量焦油重量而導(dǎo)致測量不準(zhǔn)或測不出來的問題，而是采用測量一定量的生物質(zhì)在指定條件下熱解所產(chǎn)生的氣體、固體的重量，再通過差量法得到對應(yīng)生物質(zhì)熱解過程中所產(chǎn)生的焦油重量，由于這些生物質(zhì)熱解所產(chǎn)生的氣體量可通過排水法準(zhǔn)確收集，進(jìn)而對應(yīng)氣體的組成成份可通過氣相色譜準(zhǔn)確測定，由此即可獲得生物質(zhì)解產(chǎn)生的熱解氣的準(zhǔn)確質(zhì)量，最終保證焦油含量測定的準(zhǔn)確度。

該方法的實現(xiàn)是將少量準(zhǔn)確稱量的熱解物質(zhì)放入熱解的石英管反應(yīng)器中，熱解物質(zhì)量的多少由其本身產(chǎn)氣量多少來決定，產(chǎn)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(zhì)樣那部分暫時不在加熱區(qū)內(nèi)，啟動馬弗爐，溫控儀表控制其溫度，待馬弗爐加熱達(dá)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(zhì)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(zhì)樣的那段石英管推入到馬弗爐中的加熱恒溫區(qū)，與此同時，將產(chǎn)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(chǎn)生不止，將量氣管內(nèi)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(tài)與外界大氣壓力相同，此時量氣管中的體積即為對應(yīng)的熱解物質(zhì)在指定熱解溫度下產(chǎn)生的室溫、常壓產(chǎn)氣量，由于生物質(zhì)的樣少加上馬弗爐的熱容量大，以致將放有熱解生物質(zhì)樣的那段石英管反應(yīng)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(zhì)的產(chǎn)氣量為指定熱解溫度的產(chǎn)氣量，因為生物質(zhì)在指定溫度下熱解產(chǎn)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(chǎn)氣量非常準(zhǔn)確，與實際工業(yè)過程相一致。

完成上述任務(wù)之后，將馬弗爐中的石英管反應(yīng)器冷卻至室溫，并將反應(yīng)器中的生物質(zhì)熱解后的殘?zhí)糠Q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(zhì)解產(chǎn)生的燃?xì)庵械慕褂秃俊?/p>

本發(fā)明的有益效果：

燃?xì)庵械慕褂秃康臏y定對于保護(hù)后續(xù)設(shè)備(如發(fā)電機(jī)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(zhǔn)確測定生物質(zhì)熱解或氣化過程中產(chǎn)生的燃?xì)庵械慕褂秃?，從而為生物能的開發(fā)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(fā)明生物質(zhì)燃?xì)庵薪褂秃康臏y定方法使用裝置示意圖，圖中：1惰性氣瓶、2轉(zhuǎn)子流量計、3石英管、4馬弗爐、5熱解物質(zhì)、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(tǒng)。

具體實施方式：

以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的工作過程進(jìn)行描述。

實施例1

準(zhǔn)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(zhì)樣5那部分暫時不在加熱區(qū)內(nèi)，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(dá)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(zhuǎn)子流量計2控制適當(dāng)?shù)牧髁浚员阌枚栊詺獾獨鈱⑹⒐?中的空氣置換干凈，防止生物質(zhì)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(zhì)樣的那段石英管推入到馬弗爐4中的加熱區(qū)中，與此同時，產(chǎn)生出的氣體經(jīng)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(chǎn)生不止，此時，馬弗爐停止加熱并冷讓其冷卻至室溫，并準(zhǔn)確稱取石英管反應(yīng)器中生物質(zhì)熱解后的殘?zhí)恐亓?；再將量氣筒?nèi)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(shù)，即為對應(yīng)的熱解生物質(zhì)5在指定溫度下熱解產(chǎn)生出的常溫、常壓的產(chǎn)氣體積量，通過狀態(tài)方程轉(zhuǎn)化為標(biāo)況下的體積數(shù)，即為對應(yīng)生物質(zhì)熱解后所產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積數(shù)v0，用氣相色譜分析系統(tǒng)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(yīng)器冷卻至室溫，將反應(yīng)器中的生物質(zhì)熱解后的殘?zhí)糠Q重。

表一給出了谷殼在600℃下無氧熱解時的產(chǎn)氣量、熱解后的殘?zhí)苛恳约傲繗馔仓械臍怏w的體積及其色譜的組份分析如下表1所示，

根據(jù)表中的數(shù)據(jù)可間接地計算出在600℃條件下，谷殼熱解產(chǎn)生的燃?xì)庵薪褂秃繛?393g/nm³。

表一谷殼在600℃下無氧熱解產(chǎn)生的燃?xì)庵薪褂秃康臏y定

實施例2

準(zhǔn)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(zhì)樣5那部分暫時不在加熱區(qū)內(nèi)，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(dá)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(zhuǎn)子流量計2控制適當(dāng)?shù)牧髁?，以便用惰性氣氮氣將石英?中的空氣置換干凈，防止生物質(zhì)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(zhì)樣的那段石英管推入到馬弗爐4中的加熱區(qū)中，與此同時，產(chǎn)生出的氣體經(jīng)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(chǎn)生不止，此時，馬弗爐停止加熱并冷讓其冷卻至室溫，并準(zhǔn)確稱取石英管反應(yīng)器中生物質(zhì)熱解后的殘?zhí)恐亓?；再將量氣筒?nèi)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(shù)，即為對應(yīng)的熱解生物質(zhì)5在指定溫度下熱解產(chǎn)生出的常溫、常壓的產(chǎn)氣體積量，通過狀態(tài)方程轉(zhuǎn)化為標(biāo)況下的體積數(shù)，即為對應(yīng)生物質(zhì)熱解后所產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積數(shù)v0，用氣相色譜分析系統(tǒng)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(chǎn)氣量、熱解后的殘?zhí)苛恳约傲繗馔仓械臍怏w的體積及其色譜的組份分析如下表2所示，根據(jù)表中的數(shù)據(jù)可間接地計算出在700℃條件下，谷殼熱解產(chǎn)生的燃?xì)庵薪褂秃繛?103g/nm³。

表2谷殼在700℃下無氧熱解產(chǎn)生的燃?xì)庵薪褂秃康臏y定

實施例3

準(zhǔn)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(zhì)樣5那部分暫時不在加熱區(qū)內(nèi)，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(dá)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(zhuǎn)子量計2控制適當(dāng)?shù)牧髁?，以便用惰性氣氮氣將石英?中的空氣置換干凈，防止生物質(zhì)熱解時被空氣所氧化，待石英管反應(yīng)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(zhì)樣的那段石英管推入到馬弗爐中的加熱區(qū)中，與此同時，產(chǎn)生出的氣體經(jīng)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(chǎn)生不止，此時，馬弗爐停止加熱并冷讓其冷卻至室溫，并準(zhǔn)確稱取石英管反應(yīng)器中生物質(zhì)熱解后的殘?zhí)恐亓?；再將量氣筒?nèi)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(shù)，即為對應(yīng)的熱解生物質(zhì)5在指定溫度下熱解產(chǎn)生出的常溫、常壓的產(chǎn)氣體積量，通過狀態(tài)方程轉(zhuǎn)化為標(biāo)況下的體積數(shù)，即為對應(yīng)生物質(zhì)熱解后所產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積數(shù)v0，用氣相色譜分析系統(tǒng)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(chǎn)氣量、熱解后的殘?zhí)苛恳约傲繗馔仓械臍怏w的體積及其色譜的組份分析如下表1所示，根據(jù)表中的數(shù)據(jù)可間接地計算出在800℃條件下，谷殼熱解產(chǎn)生的燃?xì)庵薪褂秃繛?57g/nm³。

表3谷殼在800℃下無氧熱解產(chǎn)生的燃?xì)庵薪褂秃康臏y定