串行流化床生物质气化制氢试验研究

基于串行流化床生物质气化技术,以水蒸气为气化剂,在串行流化床试验装置上进行生物质气化制氢的试验研究,考察了气化反应器温度、水蒸气/生物质比率(S/B)对气化气成分、烟气成分和氢产率的影响。结果表明:在燃烧反应器内燃烧烟气不会串混至气化反应器,该气化技术能够稳定连续地从气化反应器获得不含N_2的富氢燃气,氢浓度最高可达71.5%;气化反应器温度是影响制氢过程的重要因素,随着温度的升高,气化气中H_2浓度不断降低,CO浓度显著上升,氢产率有所提高;S/B对气化气成分影响较小,随着S/B的增加,氢产率先升高而后降低,S/B的最优值为1.4。最高氢产率(60.3g H_2/kg biomass)是在气化反应器温度为920℃,S/B为1.4的条件下获得的。     

生物质气化费托合成航空煤油的模拟和火用分析

基于Aspen Plus软件对生物质串行流化床气化费托(FT)合成加氢裂化制取航空煤油进行模拟和热力学分析,研究操作参数变化和副产品蜡循环利用对系统性能的影响。结果表明:系统损失主要在气化子系统中,而合成气提质子系统损较小,过程不可逆损是系统损的主要来源,内部损率为88.3%,生物质大分子结构改变是造成不可逆损的主要原因。所有操作参数中水蒸气与生物质质量配比(S/B)对系统效率影响最大,气化合成气H_2与CO物质的量之比(H_2/CO)在1.95～2.00为宜,增大合成温度和压力可提高系统航空煤油产率和效率。对于玉米秆气化FT加氢裂化制取航空煤油系统,推荐的操作参数:气化温度和压力750℃,0.1～0.2 MPa,S/B为0.4～0.5,合成温度240℃,合成压力1.5～2.0 MPa。此时,航空煤油产率最大可达85.3 kg/t,系统效率为54.3%。副产品蜡进行循环利用,可提高航空煤油产率3.9%,并降低最佳S/B为0.3～0.4。     

中药渣水蒸气气化制备合成气研究

以中药渣为原料进行水蒸气气化实验,研究气化温度、水蒸气与生物质质量之比(S/B)对产气流量、气体产率、产气组分、碳转化率、燃气热值以及气化效率的影响。研究结果表明:气化温度的升高能够促进气化反应的进行,提高产气品质和气化效率;一定量的气化剂水蒸气可提高气化效率,但是过量的水蒸气会影响气化效果;气化温度为800℃,S/B为1.0时,气化效果最佳,气化效率高达72.91%;中药渣具备良好的水蒸气气化特性。研究结果可为中药渣资源利用提供理论参考。     

生物质富氧——水蒸气气化制氢特性研究

以一个鼓泡流化床为反应器,对生物质富氧—水蒸气气化制取富氢燃气的特性进行了一系列的实验研究。通过对试验数据的分析,探讨了主要参数温度、水蒸气/生物质(S/B)和氧浓度对气体成分、氢产率和潜在产氢量的影响。结果表明:在3个主要参数的变化范围内,氢产率和潜在氢产量受温度的影响最大:当温度从700~900℃时,每千克生物质氢产量从18g增加到了53g,每千克生物质潜在氢产量从71.6g增加到了115.6g。     

生物质回转窑水蒸气气化制富氢气体试验研究

为充分回收高温炉渣颗粒的余热,设计了回转窑热解反应装置。为验证此装置的可行性,对生物质气化制氢进行了试验研究,并对影响气化性能的主要因素,如气化温度(650~950℃)和水蒸气/生物质当量比S/B(0~3.0)进行了研究。结果表明:温度是影响生物质气化反应的主要因素,高温可以降低焦油和焦炭产率,提高气体产量,增加燃气中氢气含量;水蒸气的加入,有利于焦油和低分子碳氢化合物的气化重整以及焦炭的反应,降低焦油产量,提高气体产量,增加燃气中氢气含量,但是过量的水蒸气会导致反应器内温度下降,不利于反应进行。当S/B为2.20时,气化燃气中氢气含量达到最大值53.6%。     

生物质快速热解及水蒸气气化实验研究

对生物质气流床气化过程进行了小型台架实验研究,建立生物质气流床气化小型实验台架,进行生物质快速热解和水蒸气气化的实验,实验表明:温度提高有利于提高产品气的产率、气化过程的碳转化率和气化效率,但温度过高会促进CH_4的重整反应、水气变化反应、降低CO、甲烷含量,从而影响产品气热值。粒径对气化结果有着一定影响,粒径对气化结果的影响主要体现在固相内部升温速率和最终温度上,粒径越小,颗粒升温越快,能达到的最终温度越高。水蒸气气化过程中,适当的水蒸气的通入能大量提高产气中的H_2、CO的占比,提高碳转化率和H_2/CO的比值,碳转化率在S/B比为1.4时达到最大值96%,此时气化效率也高达94%,水蒸气的通入过量会导致炉内温度下降,各项评价指标均开始下降,降低燃气品质。     

耦合化学链气化的BIGCC系统性能模拟和?分析

使用Aspen plus软件构建了耦合化学链气化的生物质整体气化联合循环发电系统(BIGCC).在常压下研究了气化反应器温度、载氧体与生物质的摩尔比、余热锅炉汽水循环中高压/中压/低压水蒸气压力等因素对耦合系统发电功率和?效率的影响.此外,对耦合系统在气化压力为常压和1.7 MPa下的?损失、?效率和发电效率进行分析,并与常规BIGCC系统的结果对比.研究结果表明,气化反应器温度为750℃,载氧体与生物质摩尔比为0.45时系统性能较好.汽水循环中水蒸气优化后压力为13 MPa/3.25 MPa/0.8 MPa.系统的?损失主要发生在气化系统和燃气轮机系统.总体上,耦合系统的发电效率和?效率均高于常规系统,气化压力的提高有助于改善系统的发电效率和?效率.     

稻壳与木屑气化制取富氢燃气的试验研究

采用单一流化床二步气化方法,以纯水蒸气为气化剂,在流化床中进行制取氢气的工艺试验。在对试验数据进行分析的基础上,探讨了一些主要参数[如反应器温度、水蒸气/生物质(S/B)、生物质化学成分]对氢产率的影响。分析结果表明:较高的反应温度、S/B以及纤维素和半纤维素含量比较有利于氢的产出。验证试验表明:在反应温度为1000~1050℃,S/B为2.0的条件下,纤维素和半纤维素含量为74.1%的木屑(干基)的氢产率最高,为61.67g/kg。     

CaO吸附作用对石油焦-水蒸气气化的热力学分析

为提高石油焦气化产氢率与产甲烷率,基于Aspen plus软件建立石油焦-水蒸气气化模型,并引入氧化钙添加剂,研究气化温度、压力、CaO/石油焦质量比、H_2O/石油焦质量比对石油焦气化制取富氢气体与富甲烷气体的影响。结果表明,将氧化钙引入石油焦气化系统可以有效提高氢气和甲烷的体积分数,当CaO/石油焦质量比为3时氢气的体积分数可提高20个百分点,当CaO/石油焦质量比为1时甲烷的体积分数可提高15个百分点;增大水蒸气流量有利于制备富氢气体,而不利于制备富甲烷气体,石油焦气化制取甲烷的水蒸气最佳添加量为H_2O/石油焦质量比为1,制取氢气的水蒸气最佳添加量为H_2O/石油焦质量比为10;低温低压有利于制备富氢气体,石油焦-CaO气化制氢的最适宜温度为600~650℃,最适宜压力为0.1MPa;低温高压有利于制备富甲烷气体,石油焦-CaO气化制甲烷的最适宜温度为600~750℃,最适宜压力为1MPa。     

串行流化床生物质气化合成二甲醚的模拟

以稻秸秆为研究对象,利用Aspen Plus软件建立了串行流化床生物质气化制取合成气合成二甲醚（DME）的模型,研究了不同气化温度、水蒸气与生物质的质量比（mS/mB）、DME合成温度、合成压力、吸收塔操作压力及吸收剂与DME的配比（nA/nD）对合成工艺的影响.结果表明：对于采用串行流化床生物质水蒸气气化技术制取DME的一步法合成系统,建议气化温度取750℃左右,mS/mB取0.3,DME合成温度取260℃,合成压力取4MPa,用水作吸收剂,吸收塔的操作压力控制在3～4MPa,nA/nD取0.5;在此工况下,1kg生物质（干燥基）所能产生的二甲醚物质的量约为6.1mol.     

不同气化剂下海藻粉在气流床下气化特性试验研究

为考察O2/水蒸气和O2/CO2作为气化剂对海藻粉气化特性的影响,在自制的小型生物质气流床气化炉上开展海藻粉在气流床下气化特性试验研究。当氧气/生物质比（O/B）为0.3、气化温度为1200℃时,不同水蒸气/生物质比（S/B=0～1.2）对合成气组成有较大影响,其中H2产量的上升趋势最为明显,S/B=1.2时比单纯氧气气化提高了81.4%。而在O2/CO2气化条件下,由生物质产生的CO2随二氧化碳/生物质比（CO2/B）的增加而下降,当CO2/B=0.9时,H2、CO的产量分别比单纯氧气气化提高了33.9%和75.8%,热值由5521 kJ/m3上升至8576 kJ/m3。结果表明,如果以提高热值为制取合成气的目标时,添加CO2在一定范围内可以达到水蒸气的效果,同时降低了系统能耗及简化了气化设备。     

生物质化学链气化联合燃气轮机发电系统模拟

使用Aspen Plus软件对以Fe_2O_3为载氧体的生物质化学链气化系统进行模拟,分析温度、压力、载氧体与生物质摩尔比、水蒸气与生物质摩尔比等因素对合成气制备的影响;对不同生物质的气化条件进行优化;将气化制得的合成气通入M701F燃气轮机中发电,考察系统的发电效率。结果表明:常压下,不同生物质气化的优化温度均在740℃左右,此时制备的合成气冷煤气效率较高;提高反应压力有利于系统热量自平衡,但合成气的冷煤气效率降低;载氧体与生物质摩尔比的优化值与生物质中氧碳摩尔比呈负相关,且达到优化值时,气化环境中氧碳摩尔比在1.25左右;水蒸气通入气化系统后冷煤气效率可提高15.00%～20.00%,主要原因为H_2的产量显著增加,通入水蒸气后的气化环境的氧碳比在1.4左右时,制备合成气的冷煤气效率较高;系统的发电效率在30.00%～37.00%,高于生物质发电效率。     

生物质水蒸气气化利用过程数学模型的建立

分析了甘蔗渣的水蒸气气化过程,基于气化过程的物料平衡和化学平衡关系,建立了一种生物质气化过程的数学模型。用该模型模拟计算甘蔗渣在水蒸气氛围下气化后的气体成分,计算结果与试验数据基本相符,尤其在温度950℃之后,计算值和测量值更接近。以甘蔗渣和木薯渣为例,研究该气化模型的特性。甘蔗渣和木薯渣水蒸气气化的最佳水蒸气/燃料值(S/B)分别为0.3和0.2。气化气组分和气化效果随温度和S/B变化的结果表明:提高温度有利于气化反应的进行,提高S/B,可以增加气体产率,气体热值有所降低。     

生物质蒸汽气化模拟研究

利用化学热力学软件(GasEQ)模拟了生物质蒸汽气化过程中温度、水蒸气与物料质量比(S/M)以及CO2浓度对H2,CH4和CO的影响;研究了冷合成气低位热值(LHV)和气化能量转化效率(q)随各参数变化的规律,并且考虑了外部能量的消耗。模拟研究得到:随着温度的升高,合成气的LHV总体表现出降低,并且q先增加后微弱下降,认为存在一个最优的气化温度(800⁹00℃);高S/M有利于H2的生成,提高H2的体积浓度,但水蒸气的增加,降低了LHV值,并且q先增加后减少,因为水蒸气会消耗大量外部能量,存在一个最经济的气化S/M;随着反应气中CO2浓度的升高,促进了生物质气化,并使CO浓度升高和H2浓度降低。     

松木屑与褐煤流化床共气化过程的分析

生物质与煤共气化可解决生物质不易稳定流化及气化气焦油含量高的问题。基于流化床反应器的松木屑与褐煤共气化试验,研究松木屑掺混比例对合成气及未反应碳的值和效率的影响,并将试验值和理论值进行分析比较。结果表明,各成分气体对合成气值的贡献关系是:CH_4C_2H_4COH_2,松木屑气化有更好的能量利用效率;合成气值和效率的试验值均高于计算值,而未反应碳值和效率的试验值均低于计算值;在生物质掺混比例为50%的工况下,松木屑与褐煤共气化协同作用最显著,表现为一种更好的气化方式。     

林产废弃物高温水蒸气气化制取清洁燃气

基于下吸式固定床气化炉,自建了生物质蒸汽气化实验平台,使用松木屑预处理后的成型颗粒进行富氢气化实验,研究分析了不同温度下的燃气组分、产氢率、燃气产率、燃气热值和冷煤气效率等指标.结果表明:高温水蒸气能有效促进水蒸气重整反应正向进行;随着温度的升高(700℃升高至900℃),H_2体积分数增大了50%,产氢率升高了2.5倍,燃气产率升高了近70%,冷煤气效率提高了37%;参与气化反应的高温水蒸气拥有较高的比焓,能够有效促进水蒸气重整反应向生成H_2的方向进行;气化温度的升高可以促进反应向正向进行,提高气体产物产量;以松木屑为例的林产废弃物高温水蒸气气化产气优良,在实验过程中稳定燃烧,理论上可应用于工业生产.     

生物质微米燃料(BMF)空气-水蒸气气化实验研究

利用自行研制的旋风气化炉,以生物质微米燃料的不完全燃烧热为气化热源,进行了微米燃料空气-水蒸气气化实验。研究了ER(0.22～0.37)、S/B(0.15～0.59)和燃料粒径对气化温度及气化结果的影响。在实验工况下,气化温度、产气率、燃气低位热值、碳转化率、水蒸气分解率、气化效率分别在586～845℃、1.42～2.21Nm~3/kg、3806～4921kJ/m~3、54.44%～85.45%、37.98%～70.72%和36.35%～56.55%范围内变化。实验结果表明:利用旋风气化炉进行微米燃料空气-水蒸气气化是可行的;ER=0.31、S/B=0.37、较小的粒径能获得较好的气化效果,特别是能获得最高的H_2含量。     

生物质气化制取富氢燃气的实验研究

将生物质气化过程和催化裂解过程融合于一体,在下吸式气化炉中对生物质气化制取富氢燃气的特性进行了一系列实验研究,考察了一些主要参数变量,如温度(700～900℃)、水蒸气/生物质比(0～2.67)、生物质粒径(<1mm)以及白云石等对气化结果的影响。在实验研究的条件范围内,生物质产气中氢含量最大为52.47%,产氢率在0.12～0.90m~3/kg范围内变化,产气率在0.59～1.72m~3/kg范围内变化,产气低位热值在8795～21113 kJ/m~3范围内变化。     

生物质整体气化联合循环中燃烧室的分析

基于联合循环和能量梯级利用的概念,用分析和燃气变比热热力计算法研究生物质整体气化联合循环(BIGCC)中燃烧室的能量利用与损失情况。计算结果表明:燃用生物质燃料气,随燃气轮机初温提高,燃气轮机热效率提高,燃烧室的效率提高,但随燃烧室出口燃气温度的升高,燃烧室的效率提高幅度变缓;燃烧室的效率不仅与燃烧室燃气出口温度、空气入口温度和压力密切有关,还与燃料的组分的相对含量和发热量有关;对生物质燃料气、两种不同热值煤气在燃烧室出口燃气温度为1147℃时的燃烧室的效率进行了比较,两种不同热值煤气的效率较低,生物质燃料气效率最大。图2表2参11     

生物质化学链气化多联产工艺热力学分析

为提高生物质的利用效率,提出了生物质化学链气化氢-电-甲醇多联产工艺,采用CaO吸附强化Fe_2O_3生物质化学链气化过程,生产高纯度氢气和适用于甲醇合成的高氢碳比合成气。选用木屑作为生物质,利用Aspen Plus软件进行过程模拟和热力学分析,以合成气的氢碳比(H/C)、系统氢气效率、净电效率、甲醇效率和总效率作为评价指标,讨论了水蒸气与生物质质量比(S/B)、氧载体与生物质质量比(M_(Ca)/B、M_(Fe)/B)和气化压力(p_(CLG))对系统性能的影响。结果表明:在S/B=0.4、M_(Ca)/B=1、M_(Fe)/B=0.5和p_(CLG)=0.8 MPa时,系统性能最优,合成气的H/C为2.09,甲醇效率为41.28%,总效率为59.34%。