白云石对稻草水蒸气气化特性的影响北大核心

以稻草为生物质原料,水蒸气为介质,白云石为催化剂,在固定床气化炉中进行生物质水蒸气气化等反应,考察了白云石粒径(5~20 mm)、白云石床高(550~1 000 mm)和煅烧白云石等对生物质水蒸气气化特性的影响。结果表明,在气化炉中装入白云石,有助于生物质水蒸气气化、催化裂解、二氧化碳重整和水蒸气重整等反应进行。白云石粒径减小、白云石床高和煅烧白云石含量增加,有利于产气中氢体积分数的增加。当白云石粒径为5~10 mm、白云石床高为1 000 mm和煅烧白云石为100%时,产气中氢体积分数最大为53.18%,产氢率最大为0.92 m^3/kg,产气率最大为1.72 m^3/kg,气化效率最大为99.93%,水蒸气近似分解率最大为51.28%。     

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。     

木屑水蒸气气化制取富氢燃气研究

以木屑为原料,利用高温固定床反应器,通过高温水蒸气气化制取富氢燃气,考察了气化温度(750~1000℃)和水蒸气流量(0.290~1.409 g/min)对燃气中H₂的体积分数、热值、产气率等指标的影响。实验结果表明:不同的气化温度和水蒸气流量对燃气各组分体积分数有很大的影响,较高的气化温度和适当的水蒸气引入量有利于氢气的产生,但是过高的温度和过量水蒸气的引入会造成燃气热值降低。综合考虑各方面影响,水蒸气气化的最适条件为气化温度900℃,水蒸气流量1.033 g/min,在该条件下,所制得的气化燃气中H₂体积分数为45.74%,热值为11.69 MJ/m³,产气率为1.96 L/g。     

竹屑氧气-水蒸气气化制备富氢燃气

以竹屑为原料,使用氧气-水蒸气作为混合气化剂,在固定床气化反应器中进行竹屑的氧气-水蒸气气化实验,考察了气化温度、水蒸气流量和氧气用量比对竹屑气化制备富氢燃气的影响。研究结果表明：气化温度和水蒸气流量均对竹屑燃气中氢气体积分数影响较大,氢气体积分数随着气化温度的升高呈稳步增长趋势,随水蒸气流量增加呈先增加后减少趋势,分别在气化温度900℃和水蒸气流量0.7 mL/min时达到最大值;而随着氧气用量比的增加,氢气体积分数变化不明显。竹屑氧气-水蒸气气化制备富氢燃气最佳的气化条件为气化温度900℃、水蒸气流量0.7 mL/min、氧气用量比0.30,此条件下气化制备的燃气中氢气体积分数32.04%,热值11.37 MJ/m³,产气率1.40 L/g,燃气中CH₄体积分数8.82%,CO体积分数26.34%,CO₂体积分数30.55%,C₂H_m体积分数2.24%。     

生物质炭水蒸气气化制取富氢合成气

以生物质炭为原料在上吸式固定床气化炉中进行水蒸气气化制备富氢合成气,考察了不同原料、粒径和催化剂对生物质炭水蒸气气化影响。结果表明,不同类型炭气化结果存在较大差异,其中木片炭气化结果最优,其次是玉米芯炭和稻壳炭,秸秆炭气化结果最差,木片炭产氢率最大为222.8g/kg。粒径的改变主要影响炭转化率,炭转化率随着粒径的增加呈增加趋势。通过炭吸收方式负载催化剂为有效的方法,其中在相同钾盐质量分数下,KOH催化能力较优于K₂CO₃,且气化速率为未加催化剂条件下的两倍。炭转化率随着碱液浓度的增加而增加,但浓度过高会增加灰分含量从而不利于产氢率,玉米芯炭催化气化最高产氢率为197.8g/kg,在碱质量分数为6%下获得。     

松木屑在氧气-水蒸气-二氧化碳氛围下的气化模拟研究

以氧气-水蒸气-二氧化碳作为气化介质,松木屑为原料,采用Aspen Plus软件,结合自建模型,对生物质气化进行了模拟研究。首先,利用文献中的数据对模型进行了验证,模拟结果与文献中的数据基本吻合,证明了该模型的正确性。接着,考察了气化温度、氧气用量（c_ER）、水蒸气与生物质质量比（m_S/m_B）、二氧化碳与生物质质量比（m_CO2/m_B）对产气组成、气体热值、气体产率、气化效率和产气氢碳比（n_H2/n_CO）的影响。结果表明：在850℃、101.325kPa、c_ER=0.2、m_S/m_B=1、m_CO2/m_B=0.6的条件下,气化产物特性为气体热值7.45MJ/m³、气体产率1.78m³/kg、气化效率73.3%、氢碳比1.79。适当提高气化温度有利于气化。c_ER的增大使气体热值、产率和气化效率均迅速降低;但对产气中氢碳比的影响较小。此外,气化剂中水蒸气的适量增加有利于氢气的产生并能明显提高其体积分数,二氧化碳的适量增加有利于一氧化碳的产生并能在一定程度上提高其体积分数,二者均能有效调节产气的氢碳比。     

松木屑催化气化制取富氢燃气

以松木屑为生物质原料,水蒸气为气化介质,使用自制镍基复合催化剂Ni-CaO,在固定床气化炉中进行生物质催化气化反应,考察了催化剂用量、气化温度和水蒸气流量对生物质水蒸气气化制氢特性的影响。结果表明,当催化剂与原料质量比由0增加至1.5时,H_2体积分数由45.58%增至60.23%,产氢率由38.80g/kg增至93.75g/kg,当催化剂与原料质量比为2时,两者均有增加,但是变化不明显。温度从700℃增至750℃时,燃气中H_2的体积分数由54.24%增至60.23%,CO_2由21.09%降至13.18%,继续升高温度,H_2的体积分数和燃气热值均逐渐降低,以Ni-CaO为催化剂时750℃是制取富氢燃气的最佳气化温度。当气化温度为750℃,催化剂与原料质量比为1.5,水蒸气通入量为0.34g/(min·g)时,H_2体积分数为60.23%,产氢率为93.75g/kg,燃气热值为12.13MJ/m~3。     

木屑炭水蒸气气化制备合成气

以木屑炭为原料,在上吸式固定床气化炉中进行水蒸气气化制备合成气,考察了温度和水蒸气流量对木屑炭水蒸气气化的产物分布、炭转化率、产气率、组成含量和H₂/CO值的影响。结果表明：升高温度有助于木屑炭气化,炭转化率和产气率分别在950 ℃下达到最大值99.2%和4.16 L/g,但温度升高会导致H₂从65.8%降至61.2%,同时H₂/CO也呈下降趋势,从10.3降至3.35;水蒸气流量的增加可提升H₂,从59.8%升至62%,但流量升至0.6 g/min时气化结果趋于稳定。水蒸气气化的最佳操作条件为900 ℃,水蒸气流量0.6 g/min,此条件下炭转化率、产气率和热值分别达到93.3%、4.06 L/g和9.04 MJ/m³,H₂/CO值为4.11,适合于合成甲烷。     

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%。     

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。     

Syngas production by biomass gasification using Rh/CeO2/SiO2 catalysts and fluidized bed reactor

We have been developed novel catalysts for gasification of biomass with much higher energy efficiency than conventional methods (non-catalyst, dolomite, commercial steam reforming Ni catalyst). From the result of the gasification of cellulose over novel Rh/CeO₂/SiO₂ catalysts, it is found that the gasification process consists of the reforming of tar and the combustion of solid carbon. We also tested novel Rh/CeO₂/SiO₂ in the gasification with air, pyrogasification, and steam reforming of cedar wood. As a result, Rh/CeO₂/SiO₂ gave higher yield of syngas than the conventional steam reforming Ni catalyst. Furthermore, we compared the performance between single and dual bed reactors. Single bed reactor was effective in the gasification of cedar, however, it was not suitable for the gasification of rice straw since a rapid deactivation was observed. Gasification of rice straw, jute stick, baggase using the fluidized dual-bed reactor and Rh/CeO₂/SiO₂ was also investigated. Especially, the catalyst stability in the gasification of rice straw clearly was enhanced by using the fluidized dual bed reactor.     

Fe/赤泥催化水蒸气气化煤焦的反应性与微结构特性

利用固定床反应器和自制Fe/赤泥（RM）、RM催化剂,进行了900℃煤焦/催化剂不同质量比的水蒸气气化实验,并采用原位红外（FTIR）、物理吸附仪（BET）、拉曼光谱（Raman）等测试手段,分析了催化气化过程中不同阶段煤焦的气化反应性、表面官能团、孔隙结构和碳微晶结构的演变规律。结果表明,Fe1/RM2催化剂可显著提高煤焦-水蒸气的气化反应性。在Fe1/RM2/煤焦-水蒸气反应过程中,煤焦表面形成-CH₂、-COOH、酚羟基等活性官能团并与Fe1/RM2活性组分相互作用,形成新的小分子基团或化合物;煤焦的比表面积先增大后减小（6.98～323.22m²/g）,平均孔径呈现相反的变化趋势（2.91～11.25nm）;碳有序化程度先降低后提高,碳转化率为36%煤焦中无定形碳的相对含量最高（0.371）。在煤焦-Fe1/RM2-水蒸气反应初期（X_C<36%）,煤焦表面活性基团增多、比表面积增大、有序化程度降低,综合提高了煤焦-水蒸气气化反应性;降低36%≤X_C≤62%阶段的碳有序化程度,对煤焦气化反应性的提高具有显著意义。     

玉米秸秆循环流化床气化中试试验

玉米秸秆是农业生产过程中产生的剩余物,其热解气化是秸秆类生物质处理应用的重要选择方向。为此,采用循环流化床气化中试装置对玉米秸秆进行了气化试验,研究空气当量比ER、原料含水率对反应温度、气化燃气组分与热值、气化效率及燃气中的焦油含量等气化特性影响规律,并通过改变进料量试验得到了在不同负荷运行条件下的优化工作参数。结果表明：①随着ER的增大,循环流化床气化炉内的反应温度升高,气化燃气中的CO₂含量增加,焦油与CO含量及燃气热值降低,气化效率随ER的增大呈现先增大后减小趋势,较理想的ER为0.26,此时的气化效率达到70.2%、燃气热值为5.1MJ/m³;②原料含水率的增大降低了气化炉内的反应温度,当原料含水率在5%～15%之间逐渐增大时,燃气中的H₂含量、燃气热值及气化效率均有提升,当含水率由15%继续增大到25%过程中,燃气热值与气化效率均出现了快速下降;③根据气化炉额定进料量设计值,改变进料负荷在66%～120%范围内,调节ER在0.26～0.3时均可得到较好的运行工况,对应得到的燃气热值为4.8～5.1MJ/m³、气化效率为69%～72%。     

水蒸气/氧流化床两段煤气化制备低焦油合成气工艺实验

由下行床热解和提升管（或输送床）气化组合形成的流化床两段气化将煤气化反应过程解耦为煤热解和半焦气化两个反应阶段,热解产物完全进入气化反应器,利用其中的高温环境和输送的半焦催化作用分别实现焦油的热裂解与催化裂解,完成低焦油气化。利用该流化床两段气化的10 kg/h级实验室工艺实验装置,以榆林烟煤为原料、水蒸气/氧气作为气化剂,变化过量氧气系数ER、蒸汽炭比S/C、热解及气化温度等参数,研究水蒸气/氧流化床两段煤气化制备低焦油合成气的特性。结果表明,流化床两段气化系统可实现稳定运行（实验3 h以上）,在ER=0.36和S/C=0.15时,热解和气化的代表温度分别稳定在735℃和877℃,合成气的CO、CO₂、H₂、CH₄、C _n H _m 和N₂含量分别为14.33%、10.07%、18.39%、9.89%、1.82%和45.50%,相应的合成气产量达到1.8 m³/kg,低位热值8.99 MJ/m³,焦油含量0.437 g/m³,展示了制备低焦油合成气的技术特征。对于实际的长时间连续运行,更高的气化温度将使流化床两段气化具有更好的低焦油特性。     

水蒸气/氧流化床两段煤气化制备低焦油合成气工艺实验

由下行床热解和提升管（或输送床）气化组合形成的流化床两段气化将煤气化反应过程解耦为煤热解和半焦气化两个反应阶段,热解产物完全进入气化反应器,利用其中的高温环境和输送的半焦催化作用分别实现焦油的热裂解与催化裂解,完成低焦油气化。利用该流化床两段气化的10 kg/h级实验室工艺实验装置,以榆林烟煤为原料、水蒸气/氧气作为气化剂,变化过量氧气系数ER、蒸汽炭比S/C、热解及气化温度等参数,研究水蒸气/氧流化床两段煤气化制备低焦油合成气的特性。结果表明,流化床两段气化系统可实现稳定运行（实验3 h以上）,在ER=0.36和S/C=0.15时,热解和气化的代表温度分别稳定在735℃和877℃,合成气的CO、CO₂、H₂、CH₄、C _n H _m 和N₂含量分别为14.33%、10.07%、18.39%、9.89%、1.82%和45.50%,相应的合成气产量达到1.8 m³/kg,低位热值8.99 MJ/m³,焦油含量0.437 g/m³,展示了制备低焦油合成气的技术特征。对于实际的长时间连续运行,更高的气化温度将使流化床两段气化具有更好的低焦油特性。     

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.