煤高温空气气化实验研究

在内径200 mm的固定床气化炉装置上进行了以高温空气/蒸汽作为气化剂的煤高温空气气化实验,考察了空气预热温度、气化温度、空气/煤比和蒸汽/煤比等工艺参数对煤气化指标的影响. 结果表明,在其他条件不变的情况下,空气预热温度由500℃提高到800℃时,煤气热值提高32.5%. 气化温度越高对气化过程越有利,但在固态排渣条件下,气化温度的提高受煤灰熔点的限制. 空气/煤比和蒸汽/煤比对气化指标的影响本质上是通过改变气化温度来实现的. 对于特定的固定床气化工艺,空气/煤比和蒸汽/煤比均存在最佳操作区域. 在本实验条件下,其优化值分别为1.55~1.8 Nm3/kg和0.25~0.35 kg/kg.     

松木成型燃料水蒸气气化反应特性

采用自制蒸气气化炉试验系统,以废弃松木屑为原料制作成型颗粒燃料,采用高温水蒸气气化,考察不同气化温度及气料比（S/B）对生物质水蒸气气化反应的影响,利用XRD射线衍射和傅里叶红外图谱分别分析生物质反应残留物及气化焦油,反应残留物的比表面积及空隙特性由BET多点法和BJH法测得。结果表明,蒸汽流量和反应温度有利于促进蒸汽重整、碳还原、CO的变换反应,当S/B由0.5增加到1.5时,温度为900℃,H₂体积分数由52.32%增长到67.3%;随温度升高（750~950℃,S/B=1）,松木颗粒的失重率由82.91%升高到91.27%,其微孔结构充分发展,平均孔直径由20.96 nm降低到3.76 nm,焦油中脂肪烃含量增加,芳香烃因发生开环反应使其含量降低,有益于降低气化气中焦油含量。     

水煤浆水冷壁废锅气化过程的模拟研究

采用Aspen Plus流程模拟软件模拟了水煤浆水冷壁废锅气化过程,并将模拟结果与工业运行数据对比,验证了模型准确性。在此基础上,分析了气化压力和水煤浆浓度对气化温度、有效气产量、合成气组成、氧煤比、比氧耗和比煤耗等气化参数的影响。结果表明,气化压力对气化过程基本没有影响,可根据需要选择适宜压力;当保持氧气流量恒定时,随水煤浆浓度增大,有效气含量增加,气化温度升高,即提高水煤浆浓度易导致气化炉飞温,因此进一步研究了在前述模拟条件不变,且保持气化温度恒定时,水煤浆浓度变化对气化参数的影响。结果表明,随水煤浆浓度增大,氧煤比降低,有效气含量增加,比氧耗、比煤耗降低,因此在气化炉不超温的情况下,应尽量提高水煤浆的浓度,以降低系统能耗。     

内蒙颗粒褐煤的气化特性研究

以粒度为5~10 mm的大颗粒内蒙褐煤为原料,分别以H2O(g)和CO2为气化剂,采用自制的煤炭地下气化模拟实验装置进行气化模拟实验,并测定煤气组分、气化残焦的微观结构,考察了气化剂种类、气化温度和气化时间对内蒙褐煤气化反应特性的影响。结果表明,CO2为气化剂时,随着反应温度升高,煤气中CO、H2、CH4含量越多,煤气热值也越高;以H2O(g)为气化剂时,H2含量随着反应温度升高而增大,CO含量则先增大后降低,CH4则降低,煤气热值最高可达12.19 MJ/m3;反应速率在气化约30 min时达到最大;H2O(g)气化的碳转化率、气化反应速率和煤气热值均高于CO2气化,表明H2O(g)作气化剂比CO2好。     

内蒙颗粒褐煤的气化特性研究

以粒度为5¹0 mm的大颗粒内蒙褐煤为原料,分别以H2O(g)和CO2为气化剂,采用自制的煤炭地下气化模拟实验装置进行气化模拟实验,并测定煤气组分、气化残焦的微观结构,考察了气化剂种类、气化温度和气化时间对内蒙褐煤气化反应特性的影响。结果表明,CO2为气化剂时,随着反应温度升高,煤气中CO、H2、CH4含量越多,煤气热值也越高;以H2O(g)为气化剂时,H2含量随着反应温度升高而增大,CO含量则先增大后降低,CH4则降低,煤气热值最高可达12.19 MJ/m3;反应速率在气化约30 min时达到最大;H2O(g)气化的碳转化率、气化反应速率和煤气热值均高于CO2气化,表明H2O(g)作气化剂比CO2好。     

煤气化飞灰流态化改性与再气化特性试验研究

随着煤化工技术的兴起,煤气化飞灰的资源化处理成为急需解决的“卡脖子”问题。利用商业流化床气化飞灰在15 kg/h改性气化试验台上进行试验,研究了流态化改性对气化飞灰形貌特性和灰熔融特性的影响以及改性飞灰的再气化特性。结果表明:利用流化态改性可实现气化飞灰在1 200℃下的再气化。气化飞灰经流态化改性后,由于热破碎和残炭的气化反应具有清理孔隙和促进孔隙生成作用,使颗粒总孔体积和比表面积升高,同时改性气化剂水蒸气和氧气浓度的增加会进一步促进改性飞灰孔隙特性的改善。另一方面气化飞灰经流态化改性后,灰分矿物质中高熔点组分陨硫钙石转化为熔点较低的硬石膏,使灰熔融温度降低,灰分黏温曲线更平缓,临界黏度温度降低。在改性飞灰的再气化过程中,与900℃流态化改性过程相比,在下行气化炉1 200℃,通过水煤气反应改性飞灰明显气化,有效气CO+H_2产率达0.29 m~3/kg,系统碳转化率达71.2%。     

BGL碎煤熔渣气化炉气化过程模拟

为进一步研究BGL碎煤熔渣气化技术的气化性能,探寻BGL气化炉的最佳操作参数,采用Aspen Plus工业系统流程模拟软件,遵循Gibbs自由能最小化方法以及反应平衡模型建立BGL气化炉模型;通过对3种不同煤种的气化模拟,对模型进行检验,结果表明:该模型与BGL气化炉的实际运行的结果吻合程度比较高,可应用于一些反应机理复杂的气化工艺的化学和热力学平衡计算,并研究了不同操作参数对BGL气化炉气化性能的影响。以安徽淮北烟煤为例,模拟不同氧气预热温度、氧煤比及汽煤比对出口有效产气率的影响。模拟结果表明:出口产气率随着氧煤比与氧气预热温度的升高而增加,而氧煤比增加到一个特定值时则下降,在氧煤比(质量比)为0.36时,有效产气率最高;产气率随汽煤比升高而下降。     

鲁奇炉加压气化工艺影响因素分析

鲁奇加压气化工艺是以长焰煤为原料,水煤汽和工业氧气为气化剂生产粗煤气。在气化炉中,根据原料的反应情况可分为灰渣层、氧化层、还原层、干馏层和干燥层5个层。氧化层和还原层统称为气化区,是气化反应的主体。根据反应进程,还原层又分为第一还原层和第二还原层。在气化炉中,沿床层高度煤和煤气的温度是变化的。气化炉工况较好时,氧单位负荷高,煤气出口温度和灰区温度较低,且波动较小。炉温中间高,两头低,汽氧比小。灰渣中碳量少,灰渣粒度大而均匀。生产工艺的影响因素有以下几个方面。     

首套GSP干煤粉气化的模拟与分析

为研究GSP干煤粉气化反应特点,以Aspen Plus模拟软件为工具,选择Gibbs自由能最小化建立气化炉模型。通过模拟GSP干煤粉气化的压力、氧煤比、蒸汽煤比及不同输送载体对气化过程的影响,结果表明:压力增加可使粗煤气中甲烷含量增加;氧煤比和蒸汽煤比影响着气化温度和有效气组成;输送载体切换为二氧化碳后可使有效气增加2%。该模拟计算对于GSP干煤粉气化工业操作有一定借鉴意义。     

华亭煤空气、富氧及纯氧地下气化特性研究

对比研究了气化剂中氧气体积分数分别为21％,32％,42％和100％条件下的主要产气指标。结果表明,随着气化剂中氧气体积分数的上升,煤气有效组分和煤气热值呈上升趋势;氧气消耗随之增加,空气消耗相应降低,煤耗量增加,水蒸汽消耗量增加,而水蒸汽分解率下降;煤气产率呈下降趋势,而气化效率呈上升趋势;煤气产量和气化剂体积比由1．31降至1．16。     

生物质下吸式气化炉气化制备富氢燃气实验研究

以制取富氢燃气为目标,在自热式下吸式气化炉反应器内,进行了生物质下吸式气化炉富氧/水蒸气及空气气化的制氢特性研究。实验结果表明,与空气气化相比,富氧/水蒸气气化可显著提高氢产率和产气热值。在实验条件范围内,最大氢产率达到45.16 g/kg;最大低位热值达到11.11 MJ/m3。在富氧/水蒸气气化条件下,燃气中H2+CO体积分数达到63.27%—72.56%,高于空气气化条件下的52.19%—63.31%。富氧/水蒸气气化条件下的H2/CO体积比比值为0.70—0.90,低于空气气化条件下的1.06—1.27。实验结果证实:生物质下吸式气化炉富氧/水蒸气气化是一种有效的制取可再生氢源的工艺路线。     

An Experimental Investigation of Hydrogen Production from Biomass

In gaseous products of biomass steam gasification, there exist a lot of CO, CH4 and other hydrocarbons that can be converted to hydrogen through steam reforming reactions. There exists potential hydrogen production from the raw gas of biomass steam gasification. In the present work, the characteristics of hydrogen production from biomass steam gasification were investigated in a small-scale fluidized bed. In these experiments, the gasifying agent (air) was supplied into the reactor from the bottom of the reactor and the steam was added into the reactor above biomass feeding location. The effects of reaction temperature, steam to biomass ratio, equivalence ratio (ER) and biomass particle size on hydrogen yield and hydrogen yield potential were investigated. The experimental results showed that higher reactor temperature, proper ER, proper steam to biomass ratio and smaller biomass particle size will contribute to more hydrogen and potential hydrogen yield.     

废食用菌棒循环流化床气化试验

废菌棒是食用菌生产过程中产生的残余废弃物，其再利用对于资源节约与环境保护具有重要意义。本文采用循环流化床气化炉对废菌棒进行了气化试验，分别研究空气当量比、水蒸气配比对气化炉运行温度、气化燃气组分与热值、焦油含量、气化效率及碳转化率等气化特性的影响规律。结果表明：空气当量比由0.20增大至0.35时，循环流化床运行温度与碳转化率升高，气化燃气中的CO₂体积分数增大，CO与焦油含量及气化燃气热值下降，气化效率呈现先增大后减小的趋势；空气当量比为0.26时气化效率达到最大74.86%，此时燃气热值为5.59MJ/m³。以空气为主气化介质，采用水蒸气作为辅助气化剂，可以改善气化燃气品质，提升气化效率。当空气当量比为0.26、水蒸气配比为0.2时，废菌棒具有较好的空气-水蒸气气化特性，燃气热值与气化效率分别达到最大值6.14MJ/m³与83.73%。     

生物质半焦气化技术的研究现状

对生物质半焦的气化技术进行了介绍和总结,将其归纳为以空气、CO2和水蒸汽为气化介质的直接气化法、催化气化法以及共气化法,并重点介绍了这些方法的研究现状,此外对该技术的应用进行了展望。     

Numerical simulation of 3D fluidized bed biomass gasification based on CPFD

Based on computational particle fluid dynamics (CPFD), a three-dimensional bubbling fluidized bed steam-air mixed gasification numerical model was established, and it was verified with experiment trials. The results show that the simulation and experiment have good consistency. Based on the model, the gas distribution and temperature distribution in the gasifier were studied; meanwhile, the biomass properties (particle size, water content, types) and operating conditions (gasification temperature, bed height) were investigated. The results show that there is an optimal value for the impact of biomass particle size on gasification performance, with an average particle size of 0.6 mm being the best; a higher water content will reduce the output of combustible gas and is not conducive to the gasification reaction. Among the four types of biomass, sawdust gasification has the highest efficiency, the largest combustible gas production, and the highest gas calorific value. Rice husk is second only to sawdust but its carbon conversion rate is higher than that of sawdust; increasing the gasification temperature can increase the proportion of combustible gas and increase gasification efficiency; while the change of initial bed height can change the ratio of H₂/CO. This experiment provides a theoretical reference for biomass steam/air gasification, which is helpful for the selection and processing of biomass raw materials, and also facilitates the amplification and optimization of the gasifier.     

基于CPFD方法的流化床生物质气化数值模拟

基于计算颗粒流体动力学（CPFD）建立了三维鼓泡流化床水蒸气-空气混合气化的数值模型，并进行了模型验证，结果表明模拟和实验具有良好的一致性。在该模型的基础上，研究了气化炉内气体分布以及温度分布；同时探究了生物质属性（颗粒粒径、含水率、种类）以及操作条件（气化温度、床料高度）对气化特性的影响。结果表明，生物质颗粒粒径对气化性能的影响存在一个最优值，平均粒径为0.6 mm是最佳的；较高的含水率会降低可燃气体产量，不利于气化反应的进行；四种生物质中，锯末气化的效率最高、可燃气体产量最大、气体热值最高，稻壳仅次于锯末但其碳转化率高于锯末；提高气化温度可以增加可燃气体的比例、提高气化效率；而初始床层高度的变化可以改变H₂/CO的比例。本实验为生物质水蒸气/空气气化提供了理论参考，有助于生物质原料的选取和处理，也有助于气化炉的放大和优化。     

Pressurized gasification of woody biomass—Variation of parameter

Pressurized gas produced from biomass is a renewable resource that is attracting a great deal of attention due to its wide range of industrial applications, such as the production of hydrogen, chemicals or high grade fuels. Therefore, the Vienna University of Technology in cooperation with BioEnergy 2020+ is operating a bubbling pressurized gasification plant. The pressurized research unit (PRU) is able to perform the gasification of wood chips, wood pellets, coal and other solid fuels with gasification agents air, steam, oxygen or carbon dioxide. This paper gives the results of parameter variation at this plant with regard to the producer gas composition. The feedstock was wood pellets and as bed material olivine was used with an average particle size of 0.5 mm. The parameters varied were temperature (720-900 °C), pressure (1-5 bar), air ratio (0.2-0.4), gasification agent (air, steam, oxygen), biomass feed input (4.5-8 kg/h) and the fluidization conditions of the reactor fluidized bed (fluidization number (3-7)).     

生物质气化重整技术的研究进展

介绍了生物质气化重整的研究发展现状,主要包括催化气化重整和高温介质气化技术。总结了催化气化重整过程中催化剂的研究情况,归纳了催化剂的作用,重点介绍了天然矿石催化剂、镍基催化剂和贵金属催化剂在生物质气化重整中的应用,并分析了生物质气化催化重整方法在工业应用中存在催化剂易失活的生物技术难点。此外,还介绍了当前出现的生物质高温介质气化技术,包括高温空气气化技术和高温水蒸气气化技术,阐明了其研究重点以及未来发展方向。     

Performance optimization of two-staged gasification system for woody biomass

The performance of a small-scale two-staged gasification system is reported. In this system wood chips are gasified with a fixed bed gasifier and then tar in the produced gas is reformed in a non-catalytic reformer, finally the production gas is used to generate electricity. In this system, the gasifying agents are high temperature air and steam supplied into the gasifier and the reformer. This paper reports on optimum gasification air ratio (defined as the ratio of the oxygen mole supplied into the gasifier to the oxygen mole required for complete combustion of biomass), reforming air ratio (defined as the ratio of the oxygen mole supplied in the reformer to the oxygen mole required for the complete combustion of biomass) and steam ratio (defined as the ratio of the steam mole supplied into the gasifier to the carbon mole in biomass supplied into the gasifier) for producing required gas supplied into a dual-fueled diesel engine. The results showed that, under optimum conditions, the higher heating value of the reformed gas was 3.9 MJ/m³_N; the cold gas efficiency (defined as the ratio of HHV reformed gas × reformed gas flow rate to HHV biomass × biomass feed rate) of the gasification system was 66%, and the gross thermal efficiency of the overall system was 27%.     

生物质气化模型的流程模拟

生物质能是一种重要的可再生能源。通过Aspen Plus软件平台,建立生物质气化反应器模型,对生物质气化过程进行模拟计算,探讨了不同反应条件,包括气化温度、压力以及水蒸气与生物质质量配比（S/B）对气化产物成分的影响。计算结果表明,采用生物质蒸汽气化技术可获得体积分数为60%以上的富氢燃料气,且增大水蒸气与生物质质量配比有利于氢气产率的提高。