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。     

生物质流化床富氧气化的实验研究

在常压流化床装置上进行了生物质在富氧条件下定向气化的实验研究。实验主要考察了氧的当量比和氧体积分数对气化气组成、碳转化率和气体热值的影响。当量比值是与温度紧密联系的一个量，本实验主要通过调节进料量来改变它的值，随着当量比的变化（0.21～0.29），燃气成分也会改变，其中变化最大的是H2、CO。H2体积分数显著增加，CO和CH4体积分数有降低的趋势，使燃气热值降低；氧体积分数是富氧气化过程中较重要的参数，在实验研究的范围内，发现增大氧气体积分数可以提高H2体积分数及有利于调节H2/CO(体积分数)的比值。当氧气体积分数从21％提高到45％，H2体积分数从20％增加到27.7％，H2/CO(体积分数)从0.38增加到0.75，比较接近合成液体燃料的气体比值。     

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。     

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。     

生物油水蒸气气化实验研究

利用固定床反应器对生物油的水蒸气非催化气化性能进行了实验研究,考察了温度和水蒸气的加入量对气化过程的影响,对气化所得粗合成气的组成分布进行了分析。结果表明,升高温度有利于生物油向合成气转化,1 200 ℃时,生物油的碳转化率可达97.8%,合成气有效成分(H₂+CO)的产率可达77%,其中H₂/CO摩尔比为1.19;水蒸气的加入可以提高合成气中的H₂/CO摩尔比,当S/C(水碳比)=4时,合成气中的H₂/CO摩尔比可达3.69,与此同时,水蒸气的加入不利于合成气有效成分产率的提高;生物油气化所得气体为中热值气体。     

生物质在流化床中的热解和气化研究

在水蒸气及氮气流态化条件下 ,对不同生物质原料进行了热解气化实验 ,研究气体产物产率、成分随反应温度的变化规律。在一个常压鼓泡流化床实验台上 ,对五种生物质原料热解气化综合过程的气体产物产率及成分进行了测定。文中重点分析了原料SD2 0 1 (EucalyptusGlobulus锯末 )与SD2 0 2 (PinusRadiata锯末 )在水蒸气及氮气流化和不同温度条件下的热解气化特性 ,同时还分析了两种流化介质条件下生物质热解气化实验结果的差别。     

生物质空气-水蒸气气化制取合成气热力学分析

基于Gibbs自由能最小化原理,计算了包括H2O(l)和C(s)在内的,生物质空气 水蒸气气化体系热力学平衡,对比分析了常压气化和加压气化的特点,通过回归分析得到了不同压力下,气化产物中可燃气体分率最高时的水蒸气/生物质质量比（S/B,Steam to Biomass Ratio）与空气当量比（ER,Equivalence Ratio）的关系曲线,为探讨适于制取合成气的气化工艺和条件提供初步的理论指导。研究表明,相对于常压气化,加压气化体系的平衡温度较高,平衡状态下可燃气体分数较低,但CH4含量明显增加;一定温度和当量比下,加压气化使得气化产物中可燃气体分数达到最高所对应的S/B比增大,即需要消耗更多水蒸气;通过调节S/B比,可以比较方便地控制产物中H2和CO的比例。以常压为例,T=1173K,S/B=0.17时,气化产物中H2/CO约为1.1∶1,而S/B=1.02时,气化产物中H2/CO约为2∶1;不同压力下最佳S/B比和ER有很好的线性关系,温度为1173K时,最佳S/B比与压力及ER〖的关系为S/B=－1.48×ER－4.49 E×10－5×p2 + 5.83 E×10－3×p + 0.32。     

流化床气化炉半焦细粉水蒸气再气化特性及动力学研究

利用热天平考察了流化床气化炉半焦细粉的水蒸气再气化特性及其动力学,并与相应的自制半焦及脱灰半焦细粉进行了比较分析.结果表明,半焦细粉的再气化反应性随着温度的升高而增加.与自制热解半焦相比,半焦细粉的反应性较高,这主要取决于比表面积的影响,而不同细粉的气化反应性差异还与其石墨化程度和灰含量有关.在此基础上,利用缩核模型对半焦细粉的再气化行为进行了模型拟合并得到了动力学参数,从而为细粉的再气化提供了一定的理论指导.     

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。     

PVC塑料流化床气化试验研究

为开发城市生活垃圾低污染流化床气化与旋风燃烧熔融技术,研究了垃圾中广泛存在的PVC塑料在流化床内的气化特性与污染物生成机理。不同温度和过量空气系数下进行了流化床PVC气化试验,分析了不同工况对PVC中Cl转化为HCl的影响。实验结果表明,反应高于600 ℃、过量空气系数大约0.4时,Cl转化为HCl的选择性达到95％以上;气化效率达到22％～25％,气化气热值达到2 000 kJ/m3～2 300 kJ/m3。反应高于700 ℃,PVC流化床气化生烟量明显减少,过量空气系数0.6时,生烟量减少到PVC质量的10％左右。提出的HCl析出与生烟机理较好地解释了试验结果,为城市生活垃圾气化熔融技术提供了相关基础数据与污染物生成及控制方法。     

福建无烟粉煤纸浆黑液富氧流化床催化气化研究

在实验室小型流化床反应器中研究了福建龙岩无烟粉煤纸浆黑液富氧催化气化的特性,考察了纸浆黑液催化剂添加量不同时氧体积分数变化对碳转化率、产气率、煤气组成与热值的影响。结果表明,纸浆黑液催化和富氧气体燃烧的双重作用明显地提高了煤的碳转化率和煤气有效组成;纸浆黑液中钠碱对煤焦气化的催化与对煤灰分中SiO2和Al2O3等氧化物的熔制反应同时发生并存在着竞争;纸浆黑液中钠碱对高温碳与气化剂之间多种反应表现出不同程度的促进。龙岩无烟粉煤在纸浆黑液富氧催化气化时适宜操作条件是氧的体积分数40％和蒸汽/富氧比为1.4kg/m3～2.0kg/m3。碳转化率94％、煤产气率为3.62m3/kg、煤气热值为7.33mJ/m3。     

循环流化床富氧气化实验研究

在循环流化床富氧气化实验台上,通过调节水蒸气流量使气化温度基本稳定在910℃,研究了不同氧气浓度及气化当量比对煤气组分、产气率、冷煤气效率及碳转化率的影响。结果表明,氧气浓度从25%增加至40%时,N2体积分数从48.82%降低至33.83%,H2从21.47%不断增加至27.59%,CH4基本不变;受水蒸气流量影响,氧气浓度高于35%时,CO体积分数降低,CO2体积分数增加;氧气浓度40%时的煤气热值为空气气化煤气热值的1.84倍,产气率随氧气浓度增加从2.35 m3/kg降至2.13 m3/kg,冷煤气效率和碳转化率不断增大;当气化当量比从0.20增加至0.29时,N2体积分数先降低后升高,H2体积分数从24.01%增加到25.46%后基本保持不变,CO和CH4持续减小,CO2不断增加,产气率由1.94 m3/kg升高到2.29 m3/kg;受水蒸气和气化当量比综合影响,冷煤气效率先增大后减小,碳转化率持续增加。     

循环流化床气化细粉灰熔融特性研究

利用灰熔融性测定仪、X射线衍射仪、扫描电子显微镜研究了温度、气氛、残炭含量对茌平、宿迁循环流化床气化细粉灰熔融特性的影响。结果表明,弱还原气氛下两种气化细粉灰的熔融温度最低。高温下莫来石的出现导致宿迁气化细粉灰灰熔点明显高于茌平气化细粉灰。两种循环流化床气化细粉灰的熔融特征温度均随着残炭含量的上升而升高,当残炭含量超过3%,温度超过1300℃时,两种气化细粉灰均会产生碳硅石。碳硅石的存在是使气化细粉灰熔融性变差的主要原因。     

准东煤流化床气化飞灰的理化特性研究

采用灰熔点测定仪、X射线荧光光谱仪、扫描电镜和热重分析仪等方法,研究了准东煤流化床气化飞灰的灰熔融特性、物理结构和化学组成及气化反应活性。结果表明,准东煤与其流化床气化飞灰中Si O2、Fe2O3、Na2O和Ca O等矿物质含量存在显著的差异,但飞灰的灰熔点与原煤无明显差异。准东煤气化飞灰具有较宽的粒径范围,呈现双峰分布特征,且不同粒径区间飞灰的元素含量存在显著差异。提高气化温度,有利于提高飞灰的气化反应活性。准东煤流化床气化飞灰石墨化程度比煤焦要高,但其孔隙结构更为发达,含有丰富的中孔和中大孔,使得飞灰的气化反应活性高于煤焦。可通过提高气化温度、循环再气化的方法提高气化效率。     

神木煤流化床气化带出细粉的特性

采用灰熔点测定仪、扫描电镜-能谱分析仪和热重分析相结合,研究了神木煤流化床气化带出细粉的灰熔融特性、粒径分布和气化反应活性。结果表明,神木煤流化床气化带出细粉中酸性成分的减少和碱性成分铁、钙等的增加,使神木煤流化床气化带出细粉的灰熔点比原煤低。神木煤流化床气化带出细粉具有较宽的粒径组成,呈现出明显的多峰状分布,带出细粉表面的元素分布存在很大的差异。随着带出细粉粒径的减小,细粉中的水分逐渐减少,灰分含量逐渐增大。气化飞灰的孔隙结构比高温煤焦更发达,具有比较丰富的中孔和大孔,导致带出细粉的反应活性比神木煤焦高。     

Chemical-looping gasification of biomass in a 10 kW_(th) interconnected fluidized bed reactor using Fe_2O_3/Al_2O_3 oxygen carrier

Abstract:The aim of this research is to design and operate a 10 kW hot chemical-looping gasification(CLG)unit using Fe2O3/Al2O3as an oxygen carrier and saw dust as a fuel.The effect of the operation temperature on gas composition in the air reactor and the fuel reactor,and the carbon conversion of biomass to CO2and CO in the fuel reactor have been experimentally studied.A total60 h run has been obtained with the same batch of oxygen carrier of iron oxide supported with alumina.The results show that CO and H2concentrations are increased with increasing temperature in the fuel reactor.It is also found that with increasing fuel reactor temperature,both the amount of residual char in the fuel reactor and CO2concentration of the exit gas from the air reactor are degreased.Carbon conversion rate and gasification efficiency are increased by increasing temperature and H2production at 870℃reaches the highest rate.Scanning electron microscopy(SEM),X-ray diffraction(XRD)and BET-surface area tests have been used to characterize fresh and reacted oxygen carrier particles.The results display that the oxygen carrier activity is not declined and the specific surface area of the oxygen carrier particles is not decreased significantly.