有氧烘焙对生物质气化及碱金属迁移转化特性的影响

本工作研究了有氧烘焙对玉米秸秆组成成分、烘焙产率、化学结构及微观结构等理化特性及气化特性的影响,同时考察了玉米秸秆烘焙及气化过程中碱金属的迁移转化规律。结果表明,烘焙可有效提高玉米秸秆中固定碳含量,降低H/C、O/C。相较于惰性烘焙,有氧烘焙具有更好的提质效果,结合H/C、O/C、质量产率和能量产率发现,氧气体积分数为6%时较合适。烘焙玉米秸秆气化气中CO含量、气体产率及热值随烘焙气氛中氧气含量的增加呈先上升后下降的趋势,在氧气体积分数为6%时气化品质相对较好,此时气体组分中CO体积分数为14.73%、气体产率达到1.09 L/g、气体热值达到4.93 MJ/m³。烘焙过程中碱金属在玉米秸秆中富集,并促进部分水溶态钾向醋酸铵溶态钾转化,有助于气化过程中生成更多不溶态钾,且有氧烘焙促进作用更明显。研究结果可为生物质有氧烘焙提质及气化产气的技术推广提供基础数据及技术支持。     

气化介质对生物质多孔床料流化床气化产气特性的影响

在自制小型常压流化床内采用多孔介质为床料,对生物质进行气化实验,分别考察了富氧气氛下温度和氧气浓度、水蒸气气氛下温度和水蒸气流量及不同种类床料对生物质产气特性的影响。结果表明,多孔床料下气化产气中可燃气体积分数随气化温度的提高而增大;随氧气浓度的增加,产气中H2的体积分数从14.52%增加到19.71%,CO的体积分数从43.41%降低到36.41%;气化剂水蒸气流量对生物质气化影响存在最佳范围;多孔床料种类不同对H₂和CO的生成以及对低碳氢化合物（C_xH_y）的催化裂解强度的促进作用也不同。     

污水污泥流化床气化焦油的化学组成分析

以空气为气化剂、并通过GC-MS分析,研究了污水污泥流化床气化时气化温度（650、750和850 ℃）和污泥性质对污泥气化焦油产率及其化学组成的影响。结果表明,污泥气化焦油产率随气化温度的升高而降低,且厌氧消化污泥气化焦油的产率比未消化污泥的低。污泥气化焦油中的化学组成可分为五类：脂肪族化合物、脂环化合物、芳香烃、芳香烃衍生物和杂环化合物。随气化温度的升高,A²/O工艺的未消化污泥气化生成的焦油中脂肪族化合物和脂环化合物的产率均明显降低,芳香烃衍生物的产率则有显著地提高,而芳香烃和杂环化合物的产率均先增加后减少。气化温度为650 ℃时,活性污泥法消化污泥气化焦油中五类有机物的产率均低于未消化污泥的,而A²/O工艺消化污泥气化焦油中芳香烃产率高于未消化污泥的,其他四种有机物的产率则均低于未消化污泥的。     

钙基废弃物对生物质吸附增强式气化制氢特性的影响研究

为了提高生物质气化制氢效率，综合利用工业固废资源，利用钙基废弃物——电石渣作为CO₂吸附剂，在两段式固定床上探究了钙基废弃物的添加量、反应温度对生物质气化制氢特性的影响，着重研究了吸附剂在实际应用中的循环吸附性能，并以此探讨了电石渣对生物质吸附增强气化的影响机制。结果表明，随着电石渣添加量的逐渐增加，H₂产量和含量都呈现出增加的趋势。而随着温度的升高，H₂产量和含量先增加后减小。当CaO/C物质的量比为1，重整段温度为700℃时，气体产物中的H₂产量和含量为154.34 m L/g(生物质)和26.76%，获得最大值。当电石渣循环次数小于5时，H₂的含量和产量相较于初次反应都有所增加。     

天然铁矿石为氧载体的生物质化学链气化制合成气实验研究

在一个小型鼓泡流化床反应器上以Ar气为流化介质,对以天然铁矿石为氧载体的生物质化学链气化制合成气过程进行了研究。考察了反应温度对合成气组分、气体产率、碳转化率以及气化效率的影响,反应时间对合成气组分的影响;探讨了氧载体存在对生物质气化过程的影响。结果表明,天然铁矿石可以作为生物质化学链气化制合成气反应过程的氧载体,代替富氧空气或高温水蒸气作为生物质气化的气化剂;随着温度的升高,产物气体中CO、H₂的浓度逐渐增加,CO₂、CH₄浓度缓慢降低;随着反应时间的延长,合成气中H₂、CO、CH₄的相对浓度缓慢增加,而CO₂相对浓度逐渐降低;氧载体的存在能显著提高气体产率和碳的转化率及气化效率。扫描电镜-能谱(SEM-EDS)分析表明,当超过850 ℃时,铁矿石氧载体颗粒表面烧结现象明显,但反应前后,颗粒表面的成分及含量基本保持不变。     

生物质焦油模拟物重整制取富氢气体实验研究

以流化床作为反应器,进行生物质焦油模拟物(苯)催化重整制取富氢气体的实验研究,主要探究实验温度(780℃~900℃)、水蒸气/焦油模拟物质量比S/T (3.0~6.0)、床高(5.0cm~20.0cm)和床料(催化剂)对焦油模拟物重整制取富氢气体过程的影响。实验结果表明,焦油模拟物重整制取富氢气体的理想操作工况分别是温度为860℃~900℃,S/T 值为5.0,床层高度为15.0cm~20.0cm;通过比较,在上述理想操作条件下,合成的碱土金属催化剂(20CaAl)具有较好的催化活性,而其改性后的SCaFeNiAl催化剂具有更好的活性。在SCaFeNiAl作用下,焦油模拟物重整过程的活化能为58.87kJ/mol,指前因子为1.36×10⁷h^-1,且获得较好的实验效果,H₂体积分数为67.28%,H₂产率为303.50g/kg-tar,焦油模拟物转化率为95.93%,总气体产率为5.05m³/kg-tar。     

生物质流化床气化焦油析出特性的研究

生物质气化中焦油的存在严重地影响了气化设备的正常运行。为了了解生物质流化床气化过程中焦油的析出和脱除特性,以花生壳、稻草以及木屑为原料,采用流化床气化反应系统,研究了气化温度(750℃～850℃)、空气当量系数(0.15～0.35)以及催化剂(白云石、橄榄石与菱镁矿)的添加等对气体产物中焦油的析出组成特性的影响,并采用色谱 质谱联用仪对焦油的主要成分进行了分析。实验结果表明,随着温度的升高,焦油的量快速降低;催化剂的添加也有类似的结果。这说明高温和催化剂有利于大分子焦油的催化裂解。     

耦合TiO2直接苛化的黑液半焦与石油焦水蒸气共气化特性研究

以黑液半焦(BLC)-苛化剂(TiO₂)-石油焦(PC)三元混合物(BTP)为研究对象，借助热重分析仪和固定床反应器在850℃进行了恒温水蒸气气化实验，从反应速率、产气特性和残余固体特性等方面探究了耦合TiO₂直接苛化的BLC和PC共气化过程。结果表明，源于m Na₂O·n TiO₂对有机碳气化反应的促进作用，与单独的TiO₂直接苛化BLC气化和PC气化加权平均(BTPtheo)相比，耦合共气化过程表现出显著的协同效应。BTP最大反应速率达到7.0%/min，为BTPtheo的2.9倍；BTP产气中有效气组分(H₂+CO)的含量及其产率分别为81.1%和2059 mL/g，气体热值为9343 kJ/m³，相对于BTPtheo分别提高6.8%、137.3%和5.5%;BTP的碳转化率和能源输出比分别为95.0%和1.13，相比BTP_theo，分别提高61.6%和135.4%。此外，BTP在气化过程中的无机盐损失得到...     

两段式固定床富氧－水蒸气气化实验研究

以玉米芯颗粒为原料在两段式固定床气化装置上进行了气化实验,考察了当量比ER、富氧浓度OC和水蒸气配比S/B对气化温度、气化气组分、低位热值、气体产率、气化效率和碳转化率等参数的影响,并比较了两段式固定床与传统下吸式固定床的气化特性。实验结果表明,当量比为0.27时H₂的体积分数、CO的体积分数和气化效率达到最大值;增加富氧浓度能优化气化效果,但富氧浓度大于90%后,燃气质量和气化效率均提高不大;增加S/B能提高H₂的体积分数,但同时会降低CO的体积分数、气体热值、气化效率;当S/B为0.6时,氢气的体积分数达最高值33.3%,H₂/CO比为1.32;相比于传统固定床,两段式固定床气化可明显提高气化温度、氢气的体积分数、碳转化率和气化效率,降低焦油含量。     

生物质在流化床中的空气-水蒸气气化研究

以流化床为反应器，对生物质的空气-水蒸气气化特性进行了研究。考察了一些主要参变量，如温度 (700 ℃～900 ℃)、水蒸气/生物质比(0～4.04)、空气当量比(0.19～0.27)以及生物质粒度(0.2 mm～0.9 mm)等对气化结果的影响。在实验研究的条件范围内，生物质产气率在1.43 m3/kg～2.57 m3/kg范围内变化，产气的低热值在6 741 kJ/m3～9 143 kJ/m3范围内变化。实验结果表明：较高的气化温度有利于氢的产生；但气化温度过高会使气体热值下降；与常规的空气气化相比，水蒸气的加入使生物质气化产气率显著提高，但水蒸气加入量过多使气化温度下降，产气率和产气热值降低；生物质颗粒粒度的大小对产气组分的分布和产气率均有影响，较小颗粒的生物质会产生较多的CH4、CO和较少的CO2。     

石油焦与稻草焦共气化研究

在热天平中采用等温热重法对石油焦、稻草焦、石油焦/稻草混合物以及石油焦/稻草焦混合物进行了CO₂共气化研究,实验温度900~1 050 ℃,添加稻草焦的质量比为0~0.5,考察稻草焦对石油焦的催化气化作用。结果表明,在一定气化温度下,石油焦和稻草焦混合物的共气化碳转化率高于各自气化碳转化率的简单加和,具有一定的协同效应,混合物的气化反应速率随着稻草焦添加比例的增加而升高。石油焦、稻草、稻草焦及其各个混合物的反应活性由大到小的顺序为:稻草半焦>脱灰稻草半焦>石油焦/稻草混合物>石油焦/稻草焦混合物>石油焦/脱灰稻草混合物>石油焦/脱灰稻草半焦混合物>石油焦。     

黑液与石油焦共热解及其产物特性研究

运用热重-红外联用(TGA-FTIR)和扫描电镜(SEM)对黑液与石油焦的共热解过程进行了实验研究,考察了两者在共热解过程中的热失重、挥发性组分释放及固体产物表面形貌特性;同时运用热重(TGA)探究了热解固体产物黑液半焦和石油焦的CO2共气化反应特性。结果表明,在黑液与石油焦共热解过程中,温度低于600℃时,两者的热解相互独立;温度达到600℃之后,相对于黑液和石油焦单独热解的加权平均值,挥发性气体产物CO2和CO的释放峰值温度向低温区移动,失重特性也随之发生变化;800℃下的共热解固体产物表面产生新的形态特征,黑液的烧结得到抑制;850℃下的黑液半焦与石油焦CO2共气化实验表明,两者在共气化过程中存在协同效应,各自的碳转化率和气化速率明显提高,整体碳转化率提高了51.27%,气化反应速率最大值增大了两倍。     

Apparent Kinetics of Co-Gasification of Biomass and Vacuum Gas Oil (VGO)

This communication reports the beneficial effects of co-gasification of biomass and residual oil to produce syngas. In this regard, various blends of glucose (a biomass surrogate) to vacuum gas oil (VGO) have been employed to investigate the synergic effects on the gasification process. The non-isothermal co-gasification experiments were conducted in a thermogravimetric analyzer at different heating rates and gasifying agents. The analysis showed that the co-gasification rate increased with the increase of glucose content in the feedstock. The presence of the oxygen in the biomass molecules helped the overall gasification process. The maximum gasification rate of 42.70 wt/min (DTG_max) was observed with 25 wt% glucose containing sample. The use of gasifying agents appeared to have some influence, especially during high temperature gasification of the glucose-VGO blends. At a same gasification temperature, the co-gasification rate of glucose-VGO blends were found to be 125.7 wt/min and 98.59 wt%/min for N₂ and CO₂, respectively. The kinetics of the co-gasification of glucose-VGO blends was conducted based on modified random pore model using TGA experimental data and implemented in MATLAB. The estimated activation energy and rate constants were found to be consistent to the observed co-gasification rates. The apparent activation energies of co-gasification of VGO/biomass blends with different weight percentages shows values ranging 60.56–48.25 kJ/mol. The kinetics analysis suggested that the addition of biomass helped to increase the reaction rate by lowering the activation energy required for accomplishing the reactions compared with petroleum carbonaceous feedstocks. The reaction rate constants isotherms are plotted to show that the k-values are exhibiting similar trends at moderate heating rates between 20 and 60 °C/min. This remark arises due to the nature of the reactions involved which are considered to be inherently similar in this range of heating rate.     

流化床生物质与煤共气化特性的初步研究

在热天平和流化床实验装置中研究了生物质与煤的共气化特性，采用程序升温热重法对稻秆焦、高粱秆焦、玉米秆焦和神木煤焦以及生物质焦与煤焦混合物进行水蒸气气化研究。结果表明，生物质焦和煤焦的反应活性依次增大，其顺序为高粱焦>稻秆焦>玉米焦>神木煤焦。一定温度下，生物质焦与煤焦混合物的气化碳转化率高于各自气化碳转化率的加和。在流化床气化实验中，比较了单独煤气化与稻秆/煤混合物气化的结果，实验结果表明，混合物气化碳转化率、气体中可燃组分的体积分数均高于单独煤气化，气体中CO2的体积分数低于单独煤气化CO2的体积分数。     

福建无烟粉煤催化气化

报导了福建无烟粉煤在碱性催化剂作用下的催化气化工作进展,在小型Φ１８ｍｍ固定床与Φ２０ｍｍ流化床中,进行了水蒸气气化、混合气（空气／水蒸气）气化,采用复合１催化剂添加量８％,８５０～９００℃及流化床条件下,即可获得产气率Ｖ＞３ｍ３／ｋｇ煤（无催化剂时,Ｖ＜１．６ｍ３／ｋｇ煤）及煤气热值ＱＬＶＨ＞９ＭＪ／ｍ３（水蒸气气化）与＞６ＭＪ／ｍ３（混合气气化）的结果,并与无烟煤气化的工业装置进行了比较,这为无烟粉煤有效转化的工业化试验提供了最重要的依据     

高硫石油焦高温热解过程及硫析出特性研究

为深入了解高硫石油焦在工业应用高温工况下的热解过程以及硫的析出特性,本研究采用高温固定床对青岛高硫石油焦进行了高温(900-1500℃)热解实验,考察了高温热解下热解气体释放规律,热解过程中焦的物理孔隙结构以及化学特性的演变,并对热解过程中硫的析出与演变特性进行了研究。结果表明,随着热解温度的升高,石油焦热解气中的H_2含量逐渐增加,CO含量变化不大,CH_4与CO_2含量则逐渐下降;热解焦的比表面积与平均孔隙均随热解温度的升高有所增加,颗粒的表面形态则受温度影响较小;热解温度的升高会降低石油焦中含有的非定型碳比例,提高其微晶结构的有序性以及石墨化程度;热解焦的气化活性随热解温度的升高先降低后升高,在1100℃附近有最小值; 1500℃高硫石油焦硫元素析出率达81.34%,仅少量硫醇类有机硫和噻吩环内的硫元素得以残存。     

生物质半焦与煤混合气化协同作用的动力学研究

在热重分析仪上进行了稻秆半焦和神府煤与CO₂非等温混合气化实验,升温速率20℃/min,终温1200℃。实验结果表明,两种燃料在热解阶段符合加权计算规律,但是在超过800℃的高温气化阶段具有显著的协同作用。与不考虑协同作用的计算结果相比,添加稻秆半焦的煤焦气化反应速率提高,气化反应结束温度降低26℃,最大失重速率提高22%。协同作用的主要原因是稻秆半焦中碱金属具有催化作用,通过动力学分析表明混合气化活化能比煤焦单独气化要低。     

石油焦高温气化反应性

常压，1 200 ℃～1 500 ℃，在自制管式反应器中，以二氧化碳为气化介质，研究了石油焦以及石油焦与后布连煤焦掺混后形成的混合焦的气化反应性，借助于XRD分析了高温处理后石油焦与煤焦在碳结构有序化方面的区别。研究结果表明，当碳转化率高于0.7，气化超过1 300 ℃，石油焦的反应速率出现急骤下降，气化温度越高，相应石油焦速率下降越快。混合焦气化反应性既不同于纯石油焦也不同于纯煤焦。随石油焦掺入比变化而改变的拐点主要源于石油焦与煤焦的反应性之间差异。较高转化率下出现的拐点，主要源于石油焦本身随气化温度提高导致气化速率下降。XRD测定显示，高温处理后石油焦中碳有序化程度要明显高于煤焦。高气化温度下石油焦碳结构发生明显有序化是导致其反应活性急剧下降的重要原因。     

快速热处理石油焦与煤的微观结构变化及气化活性分析

为了研究在接近工业气化条件下石油焦和煤的结构和气化活性变化规律的差异,在滴管炉装置内,800~1 400℃对两种石油焦和一种烟煤进行快速热处理。用比表面积孔隙分析仪、XRD分析仪考察快速热处理对石油焦和煤的孔隙结构、碳微晶结构的影响,用热重分析仪考察不同温度快速热处理后石油焦和煤的CO₂气化活性。结果表明,石油焦与煤相比,孔隙结构主要由微孔组成,随快速热处理温度的升高,石油焦和煤微孔比表面积和孔容均先增大后逐渐减小;快速热处理降低了石油焦和煤的石墨化程度,石油焦碳微晶结构变化主要表现在堆垛高度的变化,而煤的碳微晶结构变化在衍射峰对应的2θ₀₀₂值、晶面间距和堆垛高度上均有体现;石油焦和煤的气化活性随快速热处理温度升高的变化趋势不同,但均与碳微晶结构参数(石墨化程度)的变化紧密相关。