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。     

生物质与石油焦共气化特性的研究

在内径为50mm,高约950mm的固定床反应器上对生物质与石油焦共气化特性进行了研究。研究了气化模式、石油焦添加比例、添加方式、粒径大小及气化温度对气化效果及焦油量的影响。结果表明,石油焦可以起到催化裂解生物质焦油的作用。随着氧气的体积分数从2%增加到15%时,气体的热值从5.35MJ/m³降低到2.98MJ/m³。在气化温度为700℃时,四种氧气含量下生物质单独气化时焦油产率平均值为6.4%,气体热值为4.31MJ/m³;生物质和石油焦混合气化时焦油产率平均值为2.9%,气体热值为5.19MJ/m³。石油焦的最佳添加比例为1∶1。生物质和石油焦不混掺焦油的产率最大,混掺其次,石油焦提前加入效果最好。随着添加石油焦粒径的增大,石油焦对生物质气化焦油的裂解率逐渐降低。在两种气化模式下,随着气化温度的升高,焦油的产率均逐渐降低。     

生物质气化过程中碱金属和碱土金属的析出特性研究

研究了固定床上生物质及热解焦CO2气化过程中碱金属及碱土金属(AAEMs)的析出特性。利用原子吸收光谱仪,考察了不同生物质种类、不同热解制焦温度对AAEMs析出的影响。不同生物质由于其挥发分含量不同引起气化失重率的差异,焦气化活性随制焦温度升高而降低。生物质及焦气化过程中Na析出率最大,其次是K,碱土金属析出率低于碱金属,这与元素在生物质中的存在形式、金属价态有关。低温段K的析出率随热解制焦温度的提高而增加,而Na在热解与气化段总的析出率与制焦温度关系不大。生物质的种类尤其是灰中的Si含量对Ca和Mg的析出影响较大,气化效率高的生物质AAEMs析出较多。热力学计算结果显示,气化过程中Na、K多以氯化物的形式存在并析出,Ca、Mg则更倾向于形成硅酸化合物而不易析出。     

木屑在鼓泡流化床和循环流化床中气化特性的对比研究

对木屑在内径分别为0.3m×0.3m的鼓泡流化床气化炉（BFBG）和内径0.4m的循环流化床气化炉(CFBG)中的气化特征进行了对比，重点考察了当量比对生物质气化特性的影响。实验结果表明,在相同当量比下，由于CFBG操作气速明显高于BFBG，床内强烈的气固传热传质，使得CFBG可以获得较高的热解速率,同时可以使 CFBG在较高温度下运行。较高的运行温度不仅有利于二次裂解气化反应，使可燃气体质量明显好于BFBG，同时也减少了燃气中焦油的量。在较低气化当量比下(ER≤0.28)，CFBG比BFBG可以获得更高的气体产率、碳转化率和气体效率;在较高当量比下,(ER＞0.28)，CFBG和BFBG的气体产率、碳转化率和气体效率则相差不大。     

生物质热解产物中焦油的催化裂解

对生物质热解产物（粗煤气）中焦油的催化裂解过程进行了实验研究。实验装置主体由一个常压鼓泡床热解反应器和一个固定床催化裂解反应器组合而成,生物质原料为玉米杆屑,催化剂分别选用煅烧石灰石和煅烧白云石,实验结果表明,当催化裂解反应器内温度在800－850℃之间时,两种催化剂对粗煤气中焦油的催化裂解效果均非常明显,焦油裂解率均可达到90％以上,虽然煅烧石灰石的催化活性比煅烧白云石高,其失活速率也相对大一些。     

解耦双回路气化系统中生物质催化水蒸气气化制富氢气体

为强化生物质气化过程中焦油转化和氢气富集,提出了一种新型解耦双回路气化系统(DDLG) 。该气化系统将气化过程解耦为燃料气化、焦油重整和半焦燃烧三个子过程,分别发生于三个独立的反应器,即气化反应器、重整反应器和燃烧反应器。其中,气化反应器和重整反应器并行布置,分别与燃烧反应器相连,形成两个平行的且可独立控制的双循环回路。以松木屑为原料及兼作为原位焦油重整催化剂的煅烧橄榄石为循环固体热载体,考察了反应条件对 DDLG 中松木屑气化性能的影响。结果表明,重整反应器从气化反应器中解耦,并辅以橄榄石催化剂,可实现焦油高效转化脱除。如气化反应器700℃、重整反应器 850℃和水蒸气与原料中碳的质量比(S/C) 1.2 反应条件下,产品气中焦油含量降低至13.9g /m~3,气体产率和H_2分别达到1.0m~3 /kg,和38.8%。     

生物质气化燃气中固体颗粒物的恒温临氧热解机理研究

在固定床反应器中考察了不同气氛下PBG恒温热解特性的差异,结合XPS与~(13)C NM R等技术手段分析了400℃恒温热解条件下PBG固相产物的化学结构变化。结果表明,PBG在400℃恒温热解时,生物质气化燃气(BAG)与N_2气氛下更易生成焦油,其析出量分别为50.71与37.45 mg/g,而临氧燃气气氛(BAG+2%O_2)下焦油析出量仅为11.96 mg/g,说明适量O_2的存在可有效抑制焦油的生成。进一步进行化学结构分析表明,在燃气(BAG)恒温热解条件下,PBG主要发生以脱氢脱氧为主的芳香化缩聚反应,易形成焦油类的大分子多环芳烃;而在临氧燃气(BAG+2%O_2)恒温热解条件下,PBG表面的有机基团易与O_2发生表面氧化反应,生成表面含氧官能团,在一定程度上抑制了芳香环缩聚反应,进而有利于降低焦油类物质的产率。因此,在生物质气化燃气实际高温过滤过程中适当添加氧(如:2%O_2),可有效降低PBG焦油收率,且不会形成大分子多环芳烃,有助于解决粗燃气过滤的过滤介质堵塞问题。     

油棕废弃物热解的TG-FTIR分析

利用热重分析(TGA)和傅里叶红外光谱(FTIR)联用技术对油棕废弃物的热解特性及其气体产物的释放特性进行了研究，采用一级反应计算了油棕废弃物的热解动力学参数。研究表明，油棕废弃物较易于热解，失重集中在220℃～400℃，其热解活化能较小，约为60kJ/mol；气体产物的析出与生物质的热解失重有着相似的特性，气体产物主要在200℃～400℃析出，主要成分为H2O、CO2、CO、CH4和有机碳水化合物的混合物, 其中CO2和有机混合物的析出温度较低，而CO和CH4的析出温度相对较高。随着温度的进一步升高(>400℃)，除少量的CO2和CO外，无其他气体产物析出。气体产物的析出量与生物质样品的化学组成和结构有关，CO2和有机混合物的析出与生物质的热解失重曲线(DTG)有着相似的特性，是引起油棕废弃物热解失重的主要原因。     

流化床煤温和气化焦油性质研究

采用南联用技术分析了氧化钙对流化床煤温和气化焦油的组成及其相对含量的影响。结果表明：不添加氧化钙时,焦油产率在６５０℃左右达到最大值,添加氧化钙后,焦油产率则晨５５０℃达到最大值。添加氧化钙后,焦油中Ｈ／Ｃ比增高,杂原子与碳原子比下降。不添加氧化钙时,焦油中的脂肪烃以Ｃ１４－Ｃ２０居多。添加氧化钙后,焦油听 脂肪烃以Ｃ８－Ｃ１５居多。添加氧化钙后煤焦洞的轻质组分ＲＴＸ和ＰＣＸ、萘含量都有不同程度的     

不同催化剂条件下高温煤气中焦油组分的催化裂解

高温煤气净化技术是正在开发的煤气化联合循环发电(ＩＧＣＣ)和煤气化燃料电池(ＭＣＦＣ)的关键技术之一。高温煤气中焦油蒸汽通过催化裂解方法去除,不但可以排除焦油堵塞管道,腐蚀设备,而且可以提高发电效率。Ｂａｋｅｒ等[1]对模拟煤气中焦油催化裂解研究得出:在450～690℃和1010～1818ｋＰａ的条件下,ＹＺ-Ｙ82催化剂最好,焦油转化率达74%,同时催化剂积炭最高达055ｇｇ焦油。Ａｚｎａｒ等[2]研究了Ｎｉ基催化剂对生物质气化气体中焦油的催化裂解得出:在780～830℃的温度下,所有催化剂对焦油的脱除都显示出很高的活性,反应时间48ｈ内催化…     

生物质流化床氧气-水蒸气气化实验研究

在小型流化床气化装置上进行了氧气-水蒸气气化实验,考察了原料、当量比、水蒸气配比、温度、二次风和床料对气化特性的影响。结果表明,原料中C和H含量越高,气化气中H₂和CO含量越高,焦油含量越低;当量比为0.27和水蒸气配比为0.6时,H₂含量达到最大值;温度的升高可提高H₂含量,在840 ℃以上,可提高CO含量;二次风从进料口偏上且二次风比率为15%通入,气体组分变化较明显,二次风通入点位置越高,焦油含量降低幅度越大;白云石和石灰石裂解焦油和提高H₂含量的活性高于橄榄石,但同时明显提高了气体中的灰分含量。     

氧化钙催化煤温和气化研究

报道了神木煤在小型流不反应器中,于４５０～７５０℃温度内,用ＣａＯ催化煤温和气化的研究。结果表明：添加ＣａＯ后,气体和半焦产率增加,焦油产率减少;ＣａＯ粒子对煤温和气化生成的焦裂解具有明显催化作用;可以明显增加气相中Ｈ２、ＣＨ４、Ｃ１～Ｃ５产率,降低半焦中Ｈ／Ｃ比,ＣａＯ还具有明显的固硫和固ＣＯ２作用,最后,推测了煤温和气化中ＣａＯ催化裂解多环芳烃侧链的机理。     

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。     

Experimental studies of biomass gasification with air

In this work,experimental studies of biomass gasification under different operating conditions were carried out in an updraft gasifier combined with a copper slag reformer.The influence of gasification temperature,equivalence ratio(ER) and copper slag catalyst addition on gas production and tar yield were investigated.The experimental results showed that the content of H2 and CO,gas yield and LHV increased,while the tar yield and the content of CO2,CH4 and C2Hx in the gas product decreased with the temperature.At 800C,with the increase of ER,the LHV,the tar yield and the content of H2,CO,CH4 and C2Hx in gas products decreased,while the gas yield and the content of CO2 increased.Copper slag was introduced into the secondary reformer for tar decomposition.The Fe3O4 phase in the fresh copper slag was reduced to FeO(Fe2+) and metallic Fe by the gas product.Fe species(FeO and metallic Fe) acted as the active sites for tar catalytic decomposition.The catalytic temperature had a significant influence on tar conversion and the composition of the gas product.Typically,the tar conversion of about 17%-54% could be achieved when the catalytic temperature was varied from 750 to 950 C.Also,the content of H2 and CO increased with the catalytic temperature,while that of CO2,CH4 and C2Hx in the gas product decreased.It was demonstrated that copper slag was a good catalyst for upgrading the gas product from biomass gasification.     

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。     

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。     

Natural iron ore as an oxygen carrier for biomass chemical looping gasification in a fluidized bed reactor

Chemical looping gasification (CLG) of biomass was performed in a thermogravimetric analyzer (TG) reactor together with a fluidized reactor with natural iron ore oxygen carrier under inert atmosphere. TG experiments indicated that iron ore can provide oxygen source for biomass conversion in the form of lattice oxygen. In the fluidized bed experiments, the influences of reduction temperature on CLG of biomass were emphatically investigated in terms of gas distribution and solid characters. The gas yield and carbon conversion increased, but the tar content decreased in the temperature range of 1,013–1,213 K. In this temperature range, the conversion of oxygen carrier increased from 24.11 to 53.59 %. X-ray diffraction analysis shows that more FeO was generated with temperature increasing. Scanning electron microscope analysis indicates that sintering was observed at elevated temperature. An optimum mass ratio of biomass/oxygen carrier (B/O) of 0.67 was obtained with aim of achieving maximum gasification efficiency of 76.93 %.