污泥化学链气化特性试验研究

为改善污泥气化效果,采用化学链气化技术处置污泥.在小型流化床上进行试验,基于赤铁矿载氧体,研究了O/C物质的量比、气化温度和水蒸气体积分数对污泥气化特性的影响以及赤铁矿多次连续循环过程中的物化性能.结果表明:赤铁矿会显著提高污泥的气化程度和碳转化率;当O/C物质的量比增大时,合成气中CO和CH_4的体积分数下降,H_2的体积分数呈现先下降后上升的趋势;随着气化温度的升高,合成气中CO和H_2的体积分数逐渐提高,CO_2和CH_4的体积分数降低,碳转化率不断提高;当水蒸气体积分数增大时,CO_2和H_2的体积分数逐渐提高,CO和CH_4的体积分数不断下降,碳转化率提高;赤铁矿在长时间运行中表现出良好的反应性.     

基于铁矿石载氧体的生物质化学链气化机理研究

在单批次进料小型流化床上,以稻壳为生物质燃料,研究了床料、气化温度、水蒸气体积分数以及载氧体载氧量与生物质含碳量的摩尔比(O/C)对生物质化学链气化反应特性的影响,并考察了铁矿石的长期交替氧化还原过程中的反应特性,分析了在小型流化床,水蒸气气氛气化条件下,铁矿石载氧体在反应过程中主要的反应以及反应后的铁矿石的床料变化。研究表明:在载氧体条件下,生物质的碳转化率显著增大,随着反应温度的升高,合成气中的H_2和CO的体积分数也相应升高。在温度不变情况下,随着水蒸气比例的升高,CO_2和H_2的体积分数显著上升。伴随着O/C摩尔比的升高,CO和H_2均显著下降。因此,在不同的反应条件下,铁矿石在生物质化学链气化过程中对反应速度、合成气比例等均有明显的作用,对研究生物质的综合利用具有一定的意义。     

基于生物质气化耦合发电的气化特性实践研究

在10 MW级生物质气化耦合燃煤发电工程项目上,考察了当量比、添加蒸汽、掺混秸秆对稻壳气化特性的影响。在当前的实验条件下,随着当量比在0. 14～0. 20的范围内增加时,CO、H_2和CH_4的体积分数均随之减少,燃气热值和气化效率也随当量比的增大而降低;添加适量蒸汽可以促进CO、H_2和CH_4及燃气热值的提高,气化效率则随蒸汽量的增加而升高;当秸秆掺混比例逐渐增加时,CO、H_2和CH_4的体积分数和燃气热值出现了不同程度的下降,气化效率也不断降低。     

小型流化床钴基载氧体积碳性能研究

利用小型流化床,研究了不同温度(650、750、850和950℃)、不同反应气氛下(CO和H_2混合气氛、CH_4气氛)钴基载氧体的积碳性能及在还原反应中添加水蒸气或CO_2对载氧体积碳特性的影响。研究结果表明:在CO和H_2混合气氛中,反应温度越高,钴基载氧体积碳就越少;与CH_4气氛相比,CO和H_2混合气氛可有效减少载氧体表面积碳;添加水蒸气或CO_2均可抑制载氧体发生积碳反应,且添加水蒸气可基本消除钴基载氧体的表面积碳现象。     

基于草木灰修饰铁矿石的串行流化床化学链燃烧

采用草木灰对铁矿石载氧体进行修饰,在1kW_(th)串行流化床反应器上,以合成气(CO+H_2+CH_4)为燃料进行了化学链实验,对其反应活性进行测试。结果表明:生物质灰修饰铁矿石载氧体在1kW_(th)串行流化床上表现出较高的反应活性,且反应温度越高,反应活性越好;燃料反应器出口CO和CH_4体积分数显著降低,930℃下分别为0.12%和2.63%,与采用纯铁矿石相比分别降低了97.3%和16.0%,CO_2捕集效率提升明显,最大值达89.38%;SEM分析表明,反应后的铁矿石颗粒表面出现了晶粒熔融粘接的现象,但生物质灰修饰铁矿石的孔隙结构仍较为明显;EDS分析表明生物质灰修饰铁矿石中K的负载情况较为稳定,没有出现明显的流失现象。     

生物质化学链气化制备高H_2/CO物质的量比的合成气

在自行研制的小型常压双流化床上进行生物质化学链气化制备高H_2/CO物质的量比合成气的实验研究.考察了燃料反应器温度对合成气组分、合成气H_2/CO物质的量比、烟气组分、碳转化率和冷煤气效率的影响,探讨了双流化床连续运行10,h的操作稳定性,并借助X射线衍射仪(XRD)与扫描电镜(SEM)对反应前后的载氧体进行表征.结果表明,燃料反应器温度为820,℃时,合成气中的H_2/CO物质的量比能达到2.45,;表征结果表明,载氧体在反应后主要成分由Fe_2O_3变为Fe_3O_4,且颗粒表面发生烧结.     

小麦秸秆真空氧载体气化特性实验研究

在自制的生物质真空氧载体气化反应装置上,考察无氧载体时反应温度对气体产物分布及合成气中H_2和CO总含量的影响情况,研究氧载体对小麦秸秆真空气化过程的影响规律,并借助扫描电镜(SEM)对反应前后的氧载体进行表征。实验结果表明:无氧载体时,随着反应温度的升高,合成气中H_2和CO含量均逐渐增大,750℃时H_2含量达到10.13%;当反应温度从550℃升高到800℃时,反应温度对CO_2含量影响最为显著,CO_2含量从27.31%减小到14.43%。有氧载体时,在上述反应温度范围内,H_2含量从6.43%升至13.62%,合成气中H_2/CO值、H_2和CO总含量均随反应温度的升高而增大;氧载体可增大气体产物中H_2与CO产量,同时H_2/CO值也明显增大,说明氧载体可促进生物质气化反应;在真空条件下,氧载体并未发生明显烧结,且反应后的氧载体结构更有利于生物质气化,但其机械强度有所降低。     

基于氯化镁的石油焦-水蒸气气化过程影响因素分析

以石油焦为气化原料、以氯化镁为催化剂制取氢气,基于Aspen Plus模拟软件建立石油焦-水蒸气气化模型,在验证模型的基础上,进行气化过程的模拟仿真计算,分析不同条件下(气化温度、气化压力、催化剂添加量、H_2O/PC质量比)对石油焦气化制备富氢气体的热力学影响。H_2、CO、CO_2的模拟值与实验值吻合较好,说明此模型具有一定的适用性。结果表明:升高温度会使氢气的体积分数降低,石油焦-水蒸气制富氢气体最适宜温度为700℃;增大压力会使氢气的体积分数降低,石油焦-水蒸气制富氢气体最适宜压力为0.1MPa;增大H2O/PC质量比可以使H_2的体积分数上升,当H_2O/PC质量比为6时,上升趋势变缓,因此石油焦-水蒸气制富氢气体最适宜水蒸气质量流量为石油焦的6倍;随着催化剂氯化镁添加量的增多,H_2的体积分数也会上升,当氯化镁添加量为5%时,H_2体积分数提高4%。     

CO_2稀释对不同燃料无焰燃烧及NO生成特性的影响

为探讨CO_2稀释对不同燃料无焰燃烧机理的影响,通过实验和数值模拟研究了CO_2稀释率对CH_4、C_3H_8和H_2扩散燃烧的火焰温度、NO排放摩尔分数及无焰燃烧的影响.结果表明:随着CO_2稀释率的增大,峰值温度和NO排放摩尔分数逐渐下降,峰值温度距燃烧器喷嘴的距离逐渐增大,炉内温度分布更加均匀,更有利于达到无焰燃烧状态;相同稀释率下,CO_2稀释对降低炉内峰值温度及出口NO排放摩尔分数的效果由好到坏依次为:H_2燃烧、CH_4燃烧、C_3H_8燃烧;当CO_2稀释率足够大时,炉内燃烧处于无焰燃烧状态.     

串行流化床生物质气化制氢试验研究

基于串行流化床生物质气化技术,以水蒸气为气化剂,在串行流化床试验装置上进行生物质气化制氢的试验研究,考察了气化反应器温度、水蒸气/生物质比率(S/B)对气化气成分、烟气成分和氢产率的影响。结果表明:在燃烧反应器内燃烧烟气不会串混至气化反应器,该气化技术能够稳定连续地从气化反应器获得不含N_2的富氢燃气,氢浓度最高可达71.5%;气化反应器温度是影响制氢过程的重要因素,随着温度的升高,气化气中H_2浓度不断降低,CO浓度显著上升,氢产率有所提高;S/B对气化气成分影响较小,随着S/B的增加,氢产率先升高而后降低,S/B的最优值为1.4。最高氢产率(60.3g H_2/kg biomass)是在气化反应器温度为920℃,S/B为1.4的条件下获得的。     

联合CO2捕集的生物质化学链气化制备合成气系统分析

本文提出以Fe₂O₃为载氧体、以CaO捕集CO₂的生物质化学链气化系统,利用Aspen Plus软件对该系统进行了模拟,以合成气组成（干基）、合成气氢碳比、含碳产物的碳摩尔分布、冷气效率及收率等为系统性能评价指标,重点分析了燃料反应器温度（T_FR）、载氧体Fe₂O₃与生物质碳摩尔比（Fe₂O₃/C）、水蒸气与生物质碳摩尔比（Steam/C）、CaO与生物质碳摩尔比（CaO/C）等系统参数对固体生物质化学链气化系统的影响。结果表明,在T_FR = 825℃、Fe₂O₃/C = 0.5、Steam/C = 0.71和CaO/C = 0.26条件下,合成气制备系统性能较优,合成气中H₂和CO₂含量分别为55.2%和15.4%,氢碳比为1.93,冷气效率为78.2%,被CaCO₃捕集的生物质碳为18.2%,收率（湿气基）为1.95 Nm³/kg_biomass,其中合成气中H₂和CO收率为1.24 Nm³/kg_biomass。     

生物质与煤流化床催化气化制备燃气

基于单一流化床两步气化法,以煤作为热载体和发热体,水蒸气为气化剂,CaO为催化剂,在自行研制的流化床热态装置上对生物质（锯木）气化制备燃气进行了研究。探讨了温度和水蒸气与锯木比对燃气组分和低位热值的影响。在所研究的操作参数范围内,（H2 + CO）含量为67.58% ~ 74.9%,燃气低位热值为10719.09 kJ/Nm3 ~ 12002.44 kJ/Nm3。实验结果表明,含少量N2的中热值燃气可以被获得,H2和CO是燃气中最主要的两种气体。随着温度的升高,燃气中H2和CO含量增加,而CH4和CO2含量及燃气低位热值则呈现下降趋势。随着水蒸气与锯木比的增加,燃气中H2和CO2含量增加,而CH4和CO含量则相应的减小。     

不同气化剂下海藻粉在气流床下气化特性试验研究

为考察O2/水蒸气和O2/CO2作为气化剂对海藻粉气化特性的影响,在自制的小型生物质气流床气化炉上开展海藻粉在气流床下气化特性试验研究。当氧气/生物质比（O/B）为0.3、气化温度为1200℃时,不同水蒸气/生物质比（S/B=0～1.2）对合成气组成有较大影响,其中H2产量的上升趋势最为明显,S/B=1.2时比单纯氧气气化提高了81.4%。而在O2/CO2气化条件下,由生物质产生的CO2随二氧化碳/生物质比（CO2/B）的增加而下降,当CO2/B=0.9时,H2、CO的产量分别比单纯氧气气化提高了33.9%和75.8%,热值由5521 kJ/m3上升至8576 kJ/m3。结果表明,如果以提高热值为制取合成气的目标时,添加CO2在一定范围内可以达到水蒸气的效果,同时降低了系统能耗及简化了气化设备。     

熔融盐对高含氮废弃物气流床气化产气调质与污染物脱除特性研究

在生物质气流床（5 kg/h）气化和熔融盐调质净化装置上,进行了熔融盐对高含氮废弃物气流床气化产气的调质与污染物脱除实验,考察了不同熔融盐温度、不同静液高度对出口气体调质和含N、S、Cl污染物脱除特性的影响。结果表明：经过熔融盐调质后,产气中CO与CO2浓度下降,H2浓度明显上升。当温度从380℃升高至580℃时,H2/CO值提高至7.3。随着静液高度的提高,出口气体中CO2与CO浓度下降,H2浓度由30.1%提高至36.8%;熔融盐对高含氮废弃物气流床气化产气中含N、S、Cl污染物有较明显的脱除效果,H2S、SO2、HCl与含氮污染物中的HCN与NOx已完全脱除,当温度为580℃、静液高度为67.5 mm时,NH3脱除率达到96%。     

Reactivity investigation on biomass chemical looping conversion for syngas production

Chemical looping gasification (CLG) is regarded as an innovative and promising technology for producing syngas. In this work, CLG of straw was conducted in a fixed bed reactor with Fe₂O₃ as the oxygen carrier, whose results led to conclusions that Fe₂O₃, the oxygen carrier, proved advantageous to the secondary gasification reaction and the formation of CO and CO₂. It was also found that CO was further oxidized to CO₂ at high Fe₂O₃/C molar ratio, which resulted in a decreased gasification efficiency and low heat value of syngas. Therefore, a conclusion was drawn that the most optimized Fe₂O₃/C molar ratio was 0.2. In addition, the alkali metals in the biomass evaporated as chlorine salts into gas phase and retained as alkali metal oxide at high temperature, resulting in coking, slagging and heating surface corrosion. In the mean time, the oxygen carrier mainly converted to Fe and sintering phenomenon was serious at high temperature despite the fact that high temperature promoted gas yield, carbon conversion efficiency and gasification efficiency. Therefore, the most optimized temperature was set to 800 °C in order to maximize gas yield and gasification efficiency.     

生物质化学链气化联合燃气轮机发电系统模拟

使用Aspen Plus软件对以Fe_2O_3为载氧体的生物质化学链气化系统进行模拟,分析温度、压力、载氧体与生物质摩尔比、水蒸气与生物质摩尔比等因素对合成气制备的影响;对不同生物质的气化条件进行优化;将气化制得的合成气通入M701F燃气轮机中发电,考察系统的发电效率。结果表明:常压下,不同生物质气化的优化温度均在740℃左右,此时制备的合成气冷煤气效率较高;提高反应压力有利于系统热量自平衡,但合成气的冷煤气效率降低;载氧体与生物质摩尔比的优化值与生物质中氧碳摩尔比呈负相关,且达到优化值时,气化环境中氧碳摩尔比在1.25左右;水蒸气通入气化系统后冷煤气效率可提高15.00%～20.00%,主要原因为H_2的产量显著增加,通入水蒸气后的气化环境的氧碳比在1.4左右时,制备合成气的冷煤气效率较高;系统的发电效率在30.00%～37.00%,高于生物质发电效率。     

双流化床生物质气化及CO2捕获的模拟

用Aspen Plus建立了双流化床气化和燃烧模型,对生物质在双流化床中气化及CaO吸收合成气中的CO2过程进行了模拟研究;探讨不同反应条件:气化温度、蒸汽与生物质的质量配比(S/B)以及CaO循环量与生物质的质量配比(Ca/B)对合成气成分的影响,为该类型工业反应器的研发提供了理论依据.模拟分析结果表明:气化温度低于700℃时,CaO能很好地吸收气化过程中产生的CO2并促进平衡反应向产氢方向进行;在温度为650℃及CaO作用下,S/B在0.6～1.7内对合成气成分的影响不大;CaO的加入能够有效地改善合成气的组成,合成气中氢气浓度能达到95％以上,氢气产量达到52 mol/kg.     

The effect of oxygen carrier content and temperature on chemical looping gasification of microalgae for syngas production

The study of the effect of oxygen carrier content and temperature on chemical looping gasification (CLG) of Chlorella vulgaris was carried out in a fixed bed reactor. In order to obtain the characterization and optimal conditions of CLG for syngas production, this paper analyzed the product fractional yields, gaseous yields, conversion efficiency, SEM, XRD and composition analysis of oxygen carriers. The results indicated that CLG had a greater performance on gasification characteristics. When O/C increased from 0.5 to 3.0, gas yield, CO₂ yield and carbon conversion efficiency increased gradually, but LHV, H₂ and CH₄ yields decreased. Meanwhile, CO yield and gasification efficiency increased firstly and then decreased. Oxygen carrier Fe₂O₃ exhibited the characteristics of step-wise reduction (Fe₂O₃ → Fe₃O₄ → FeO) in CLG process. More FeO were generated at O/C of 0.5 and then caused serious sintering and agglomeration. High temperature was helpful to improve gas yield, carbon conversion efficiency and gasification efficiency. However, higher temperature would cause sintering and then weaken the activity of oxygen carrier. Moreover, under the experimental condition, O/C of 1.0 and 800 °C were the optimal parameters to obtain a high conversion efficiency of biomass, high products yield, good LHV and great reducibility of oxygen carrier.     

Experimental assessment of woody biomass gasification in a hybridized solar powered reactor featuring direct and indirect heating modes

Solar thermochemical gasification is an opportunity for the production of sustainable fuels from carbonaceous resources including biomass. Substituting conventional gasification processes by solar-driven technologies may enable cleaner production of H₂-rich syngas while saving feedstock resources and alleviating CO₂ emissions. This work addresses hybrid solar-autothermal gasification of mm-sized beech wood particles in a lab-scale 1.5 kW_th spouted-bed reactor. Hybridization under reduced solar power input was performed by injecting oxygen and additional biomass inside the gasifier for complementary heat supply. Increasing O₂:C molar ratios (in the range 0.14–0.58) allowed to heat the reactor cavity and walls progressively, while gradually impairing the reactor performance with an increase of the syngas CO₂ content and a decrease of the reactor cold gas efficiency (CGE). Gasification with mixed H₂O and O₂ was then assessed at thermodynamic equilibrium and global trends were validated experimentally, showing that control of H₂:CO ratio was compatible with in-situ combustion. The impact of reaction temperature (1200–1300 °C) and heating mode (direct or indirect) was experimentally studied during both allothermal and hybrid gasification. Higher H₂ and CO yields were achieved at high temperatures (1300 °C) under direct reactor heating. Hybridization was able to counterbalance a 40% drop of the nominal solar power input, and the measured CGE reached 0.82, versus values higher than 1 during allothermal gasification.