生物质微米原料快速气化试验研究

以木屑和稻壳为试验原料,针对生物质气化热解技术开展研究。实验结果表明,CO、H_2、CH_4等是组成合成气的主要有效成分;反应终温对气化热解反应的结果影响较大。当反应终温从700℃上升至900℃时,合成气产率提升了39. 6%;原料含水率对合成气的组分构成也有影响,含水率越高,H_2占比越小,同时无效热值气体CO_2含量占比上升。     

基于铁矿石载氧体的生物质化学链气化机理研究

在单批次进料小型流化床上,以稻壳为生物质燃料,研究了床料、气化温度、水蒸气体积分数以及载氧体载氧量与生物质含碳量的摩尔比(O/C)对生物质化学链气化反应特性的影响,并考察了铁矿石的长期交替氧化还原过程中的反应特性,分析了在小型流化床,水蒸气气氛气化条件下,铁矿石载氧体在反应过程中主要的反应以及反应后的铁矿石的床料变化。研究表明:在载氧体条件下,生物质的碳转化率显著增大,随着反应温度的升高,合成气中的H_2和CO的体积分数也相应升高。在温度不变情况下,随着水蒸气比例的升高,CO_2和H_2的体积分数显著上升。伴随着O/C摩尔比的升高,CO和H_2均显著下降。因此,在不同的反应条件下,铁矿石在生物质化学链气化过程中对反应速度、合成气比例等均有明显的作用,对研究生物质的综合利用具有一定的意义。     

基于铁矿石载氧体25 kWth串行流化床生物质化学链气化实验研究

设计并建立了25kW_(th)串行流化床生物质气化反应器,基于此反应器,以赤铁矿石作为载氧体,开展生物质化学链气化实验研究,考察气化反应器温度、S/B、载氧体添加比例对生物质气化特性的影响。当赤铁矿占床料比例高于40%时,该气化装置的气化反应器温度保持平稳,铁矿石载氧体的再生及传热性能优良。燃料反应器出口烟气的成分为H_2、CO_2、CO、CH_4和少量的C_2H_4。随着气化反应器温度升高,气化反应器出口烟气中CO、CH_4和C_2H_4体积分数逐渐降低,相应的CO_2体积分数逐渐升高。随着S/B由0.6升高到1.4,气化反应器出口烟气中H_2和CO_2体积分数逐渐升高,CO、CH_4和C_2H_4体积分数逐渐降低。另外,载氧体添加比例增加,生物质气化反应器出口烟气中CO、H_2、CH_4和C_2H_4体积分数呈减小的趋势,而CO_2体积分数显著增加。     

定向调控生物质CO_(2)/H_(2)O气化制取H_(2)/CO合成气的热力学分析北大核心CSCD

文章对以CO_(2)/H_(2)O为气化剂的生物质气化,生产H_(2)/CO为3∶1的合成气的反应过程进行了热力学分析。研究发现,提高气化温度可以增大H_(2)和CO的总产率,且超过700℃基本没有CH_(4)和C的生成;通过控制气化剂CO_(2)/H_(2)O的通入比例,可以实现H_(2)/CO合成气的定向调控;CO_(2)通入量的增大可以提高CO产率,降低H_(2)/CO为3∶1的合成气的气化温度(临界温度)和所对应的(H_(2)+CO)总产量;H_(2)O通入量的增加可以增大H_(2)产率,提高临界温度和所对应的(H_(2)+CO)总产量。文章拟合出临界温度和所对应的(H_(2)+CO)总产量与CO_(2)和H_(2)O通入量的关系式,为工业生产H_(2)/CO为3∶1的合成气以及后续甲烷化提供理论支持。     

脱水污泥/生物质移动床混合热解-气化的协同效应

以一定比例松木锯末、枯枝、落叶混合物作为生物质原料,在自制的移动床气化炉上研究脱水污泥/生物质的混合热解-气化行为,探讨不同掺混比(0%～100%)和炉温(800～900℃)下热解-气化过程对产物分布、气体成分和气化特性的协同效果。结果表明:添加生物质能有效提高气体产率并减少液体产物的生成。混合热解-气化对气体产物具有明显的协同作用,协同参数Vsyn在掺混比为50%时最高,并随炉温的升高而增大。气体产物组分同样受到2种原料共同作用的影响,炉温为800～900℃内,H_2和CO含量的实验值比理论计算值分别高10.75%～12.05%和6.35%～7.55%,CO_2含量则偏低7.55%～11.7%。在炉温850℃、生物质掺混比为50%的条件下,脱水污泥/生物质混合热解-气化干气产率达到0.56 Nm~3/kg,气体热值10.08 MJ/Nm~3,碳转化率73.06%。     

高温移动床废轮胎与生物质直接热解制气性能研究

对以不同比例组成的废轮胎与生物质均匀混合物在移动床内高温直接热解的制气性能进行了研究,考察了温度和废轮胎含量对产物产率、气体组分以及热值等影响。结果表明,温度对直接热解气产率和热值影响较大,温度越高,气体产率越大而热值越小;混合物中废轮胎含量增大,热解气中碳氢气体含量增多而含氧气体减少,气体产率逐渐减小而热值增大。温度升高,合成气(H2+CO)含量和H2/CO比值均增大;废轮胎含量增大,合成气(H2+CO)含量和H2/CO比值先增大后减小。当热解温度为1 000℃,废轮胎含量为35%时,热解产物中(H2+CO)含量最高为61%,且H2/CO的比值达到最大值为1.53,有利于作为工业合成气原料。同一温度下,混合物直接热解气热值远远高于生物质单独热解,说明废轮胎的掺入有助于优化热解气组成,提升燃气品质。     

污泥化学链气化特性试验研究

为改善污泥气化效果,采用化学链气化技术处置污泥.在小型流化床上进行试验,基于赤铁矿载氧体,研究了O/C物质的量比、气化温度和水蒸气体积分数对污泥气化特性的影响以及赤铁矿多次连续循环过程中的物化性能.结果表明:赤铁矿会显著提高污泥的气化程度和碳转化率;当O/C物质的量比增大时,合成气中CO和CH_4的体积分数下降,H_2的体积分数呈现先下降后上升的趋势;随着气化温度的升高,合成气中CO和H_2的体积分数逐渐提高,CO_2和CH_4的体积分数降低,碳转化率不断提高;当水蒸气体积分数增大时,CO_2和H_2的体积分数逐渐提高,CO和CH_4的体积分数不断下降,碳转化率提高;赤铁矿在长时间运行中表现出良好的反应性.     

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。     

生物质气流床气化制取合成气的试验研究

利用一套小型生物质层流气流床气化系统,研究了稻壳、红松、水曲柳和樟木松4种生物质在不同反应温度、氧气/生物质比率(O/B)、水蒸汽/生物质比率(S/B)以及停留时间下对合成气成分、碳转化率、H2/CO以及CO/CO2比率的影响.研究表明4种生物质在常压气流床气化生成合成气最佳O/B范围为0.2～0.3(气化温度.1300℃),高温气化时合成气中CH4含量很低,停留时间为1.6s时其气化反应基本完毕.加大水蒸汽含量可增加H2/CO比率,在S/B为0.8时H2/CO比率都在1以上,但水蒸汽的过多引入会影响煤气产率.气化温度是生物质气流床气化最重要的影响因素之一.     

生物质流化床气化的三维数值模拟

以鼓泡流化床装置为研究对象,建立生物质气化的三维数值模型,研究低当量比条件下生物质的气化特性,并进行实验验证。结果表明:当量比增大时,CO和H_2的浓度先增后减,CO_2浓度逐渐减小,产气率和碳转化率逐渐增大。富氧浓度升高时,CO和CO_2浓度迅速增大,H_2浓度略有下降,产气率和碳转化率逐渐减小。流化速度增大时,CO浓度增大,CO_2浓度减小,H_2浓度略有增加,产气率及碳转化率逐渐增大。在低当量比下,产气热值较低,焦油含量较高。     

合成气中CO_2含量与水煤浆气化温度关系研究

为了研究合成气中CO_2含量与气化炉温度的关系,将气化炉分为3个区域:水分蒸发及挥发分热解区、燃烧区及气化区。水煤浆和氧气相继经过这3个区域发生一系列物理、化学反应最终生成合成气。建立计算模型,得到整个气化过程反应放热Q与合成气中CO_2的关系。结论表明:合成气中CO_2含量越多,气化炉温度越高;增大氧煤比,可使气化炉温度升高;较粗的煤粉,可使气化炉温度高。因此合成气CO_2含量可作为判断炉温的依据,氧煤比和煤粉细度可以作为调节炉温的手段。     

生物质化学链气化制备高H_2/CO物质的量比的合成气

在自行研制的小型常压双流化床上进行生物质化学链气化制备高H_2/CO物质的量比合成气的实验研究.考察了燃料反应器温度对合成气组分、合成气H_2/CO物质的量比、烟气组分、碳转化率和冷煤气效率的影响,探讨了双流化床连续运行10,h的操作稳定性,并借助X射线衍射仪(XRD)与扫描电镜(SEM)对反应前后的载氧体进行表征.结果表明,燃料反应器温度为820,℃时,合成气中的H_2/CO物质的量比能达到2.45,;表征结果表明,载氧体在反应后主要成分由Fe_2O_3变为Fe_3O_4,且颗粒表面发生烧结.     

碳酸盐中CO2气化生物质制合成气

以杉木屑为原料,CO₂为气化剂,熔融碳酸盐Li2CO3-Na2CO3-K2CO3(LNK)为热介质和催化剂进行气化制合成气(H2+CO)的研究,考察气化剂CO₂流量、CO₂通入方式、复合熔盐体系中添加的金属氧化物种类和Cr2O3含量等因素对气体产物组成分布及产率的影响。结果表明:CO₂流量显著影响气化反应的平衡;以鼓泡法通入CO₂时生物质的气化效果优于吹扫法的情况,CO₂流量为99.8 L/h时气化效果较好,合成气含量和产率分别达到61.4%和350.2 mL/g生物质;添加的金属氧化物中Cr₂O₃对生物质气化过程的促进作用优于MgO和Fe₂O₃,随着Cr₂O₃含量的增大,合成气含量先增大后略微减小,在Cr₂O₃含量为10.0%时最高,为67.9%。     

CaO在生物质定向气化条件下的高温CO_2吸收特性

生物质定向气化可以制备富氢燃气和一定化学当量比的合成气(用于合成醇、醚等),同时有效地减少温室气体排放,是一种可持续的清洁能源转化技术。文章基于生物质定向气化这一背景,结合实际工业生产,采用TG/DTA系统对生物质定向气化条件下CaO吸收CO2的特性进行了研究。实验结果表明:升温速率由10℃/min增加到50℃/min,CaO变温吸收CO2的反应都在800℃左右达到吸收与煅烧平衡,且CaO转化率随升温速率增大而减小;CaO转化率和质量变化速率随CO2浓度增加而增大,根据反应平衡时CO2浓度与温度的关系拟合出CO2平衡分压公式为RCO2,eq=1.16×108exp-21!399/T";CaO恒温吸收CO2的最终转化率随吸收温度的升高先增加后减小,生物质定向气化中CaO吸收CO2的最佳温度为700~750℃;循环吸收实验中CaO转化率随循环次数增加而减小。     

生物质燃气催化重整净化的特性研究

通过改变生物质燃气重整过程中重整温度、反应时间、水蒸气的添加等参数,考察了国产烃类蒸汽转化催化剂Z405重整净化生物质燃气的性能及对合成气化学当量比的调变作用。结果表明:在Z405的作用下,生物质燃气中CH4和C2转化率均高达95%以上,合成气中CH4和C2的含量分别低于0.500%和0.005%,H2与CO含量有显著增加,CO2含量有所减少。添加水蒸气后H2/CO值较之无水蒸气的添加发生了显著变化,从0.70提高到1.15,气体低热值有所增大。提高重整温度对生物质合成气组分具有显著的调变作用,H2和CO含量增幅随温度升高而增加,CH4与C2组分含量降低幅度也随温度升高而增加。但当重整温度超过780℃时,对合成气组分调整作用不明显。重整生物质燃气组分在60min内无明显改变,未检测到催化剂活性降低、失重及积炭。     

典型生物质流化床气化中试试验研究

在中试规模流化床上研究稻壳与木屑、空气当量比ER及气化温度(650-800℃)对气化特性的影响。结果表明:木屑、稻壳在ER为0.2左右时达到最佳气化工况,热值分别为5.39 MJ/m~3、6.04 MJ/m~3,气化效率分别为46.15%、51.91%;随着ER的增大,气化炉温度呈现先增加后减小趋势,过高或过低的ER都不利于生物质气化反应;随着温度的增加,合成气可燃组分增加,CO_2组分减小,气体热值、气化效率上升。     

钙钛矿型LaFeO_(3)载氧体生物质化学链气化热力学分析及实验研究北大核心CSCD

文章针对基于LaFeO_(3)载氧体的木屑生物质化学链气化特性,开展了热力学过程模拟与分析,并搭建了固定床实验装置,研究了载氧体添加量(O/B)、气化温度和水蒸气量对合成气品质的影响。热力学分析结果表明:相比传统Fe_(2)O_(3)载氧体,LaFeO_(3)不易与合成气进一步反应,更适合生物质的化学链气化过程,且气化温度升高有利于提升合成气产率,增大LaFeO_(3)添加量也会促进合成气生成,而过多的Fe_(2)O_(3)则会进一步氧化合成气导致产气率下降;添加水蒸气可明显提高合成气中H2占比。实验结果表明,提高反应温度和载氧体添加量能够提高合成气品质,但过量水蒸气反而不利于合成气的转化。在O/B为0.6、气化温度为900℃、水蒸气流量为0.3mL/min的最佳工况下,基于LaFeO_(3)的木屑化学链气化过程的转化效率达到97.09%。研究成果可为生物质固废的能源化利用与推广提供科学依据。     

Co/SiO_2催化剂上模拟生物质合成气F-T合成的实验研究

比较了工业合成气(A)(H_2:CO:N_2=64:32:4,vol%)和生物质合成气(B)(H_2:CO:CO_2:N_2=45:45:7:3,vol%)在Co/SiO_2催化剂上F-T合成的反应性能。在T=513K,P=2.0MPa,GHSV=1000h~(-1)的条件下,气体(A)和气体(B)的(H_2+CO)转化率X_((H_2+Co))和CH_4选择性S_(CH_4)分别为95.54%、41.24%和17.19%、12.25%。在反应产物的分布上,两种气体的C_(5+)烃选择性S_(C_(5+))分别为67.46%、80.62%,气体(B)的产物向高碳数烃类迁移。气体(B)100h稳定性实验表明:24h后反应活性和液态烃类选择性基本稳定,X_(CO)和C_(5+)收率平均值分别为29.13%、131.30g·m~(-3)(syngas)。与工业合成气相比,生物质合成气液态烃类选择性高。     

生物质热解气化制备二甲醚合成气的灰关联分析

通过制备二甲醚合成气的生物质慢速热解气化实验,得到了热解气化炉中主要可调节参数热解温度、进料速率等与生物质热解气中H_2、CO等含量的数据.利用灰色关联方法,分析了主要可调节参数与生物质气中H_2、CO含量及H_2/CO比值的关系.结果表明:热解温度对生物质气中心、CO含量及H_2/CO比值的影响最为明显(其关联度为(0.705,0.760,0.641)),进料速率次之,罗茨风机抽气速率最弱;CO含量受3个主要可调节参数的影响最为明显(其关联度为(0.760,0.628,0.709)~T).根据该实验制备H_2/CO比值接近2的二甲醚合成气的目标和灰关联分析结果,提供了增大H_2/CO比值的方法.找出了热解气化炉中的可调节参数中影响生物质热解气体产物H_2、CO含量的主要参数,为生物质热解气化合成二甲醚中制备较高含量的H_2、CO及合适H_2/CO比值的合成气提供了前提条件.     

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。