以生物质稻秆为对象,采用石灰石作为催化剂对稻秆热解焦油进行催化裂解,由最小二乘支持向量机模型建立了生物质稻秆气化焦油催化裂解脱除过程的模型,并用遗传算法对模型参数进行了优化,得到了最佳的催化裂解温度和气相停留时间,使得焦油催化裂解率达到最高;以生物质木屑作为分析对象,对其进行热裂解脱焦,并依据最小二乘曲线拟合方法建立了生物质木屑气化焦油热裂解脱除过程的模型,用遗传算法对模型参数进行了优化,得到了最佳的热裂解温度和当量比,使得焦油含量达到最小。
基于最小二乘支持向量机建立了生物质锯末压缩成型过程的模型,并拟合了成型过程优化目标函数,依据实验数据对模型和优化目标函数进行了验证。结果表明,该模型能够较好的模拟成型过程特性,通过寻优计算,得到了当锯末压缩成型过程主要指标为最大值时可调参数的优化值。
焦油形成过程的加压流化床,研究了两种原料在不同温度、不同气化剂、不同压力等工艺条件下气化产物中气体和焦油的组成及变化规律;利用凝胶渗透色谱/光电二极管阵列检测器分析系统及气相色谱-质谱联用技术分析了焦油分子量分布及组成结构;利用热重-差示扫描量热同步热分析仪研究了两种原料在热解过程中化学组分主链键断裂的比例及剩余物质芳香结构单元的变化;以所得到的在气化过程中焦油的释放规律为基础,建立了生物质的结构模型;依据焦油形成的动力学和热力学数据的测定结果,利用Chemkin软件对生物质气化过程中焦油的形成进行了模拟。
主要的研究结果和结论如下:
1.气化温度和水蒸气的量对焦油组成结构的影响:提高气化温度和增加气化剂中水蒸气的量仅能改变不同分子量分布范围内焦油组分的相对含量,不能改变生物质原料气化焦油中组分的分子量分布范围。原料化学组分中纤维素和木质素的比例是决定气化焦油组成的主要因素,空气气氛下,锯末气化焦油组分中富含芳香族化合物,而秸秆气化焦油组分中脂肪族化合物较多。与之相比,空气/水蒸气气化过程中,水蒸气的介入使秸秆气化焦油组分在整个分子量范围内非环状的共轭双键增多,芳香性降低;而对锯末气化焦油仅使分子量在130～200amu(800°C)和230～420amu(900°C)范围的焦油组分的芳香性降低,并富含非环状的共轭双键。
