松木屑和褐煤流化床的共气化特性

在流化床上以空气-水蒸气为气化介质,对松木屑和褐煤的共气化特性进行了试验研究。在828～928 ℃范围内考察了生物质掺混比例、空气当量比（ER）和水蒸气-燃料比（S/F）对气化气成分、热值、碳转化率及气化效率的影响。结果表明,在生物质掺混比例为50%时,①随着ER值从0.2增加至0.35,CO2含量增加,CO、H2、CH4和CnHm含量减少,气化气热值、碳转换率、气化效率先增加后减少,在ER=0.26时达到最大;②在ER=0.26,S/F从0增加至0.44时,CO2含量增加,CO和H2含量先增加后减少,CH4和CnHm含量减少,气化气热值、碳转化率和气化效率先增加后减少。试验结果表明,在松木屑掺混比例为50%和褐煤共气化过程中,气化气热值最高可达7819 kJ/m3。     

晋城无烟煤与杨树木屑共气化特性

为分析生物质对晋城无烟煤气化过程的影响,以晋城无烟煤和杨树木屑为试验对象,研究无烟煤、脱灰无烟煤与木屑在气化介质CO2下的共气化特性,通过热重分析法考察了木屑掺混比、升温速率、煤样脱灰处理等因素对气化过程的影响。结果表明,掺混生物质木屑能降低无烟煤、脱灰无烟煤共气化温度,且增加生物质掺混比例能显著降低起始反应温度;脱灰无烟煤共气化反应起始温度更低。10、20℃/min升温速率下共气化试验结果表明,升温速率对共气化过程有一定影响;低升温速率下开始气化反应温度低,高升温速率下最大质量变化速率值大;煤样脱灰处理后,失去矿物质使煤孔结构发达,生物质与气化剂反应活位点增加,能提高气化反应性。     

生物质与烟煤程序升温共热解产物特性分析

研究了富含半纤维素的玉米芯(CB)和富含木质素的松木屑(SD)分别与烟煤(YL)程序升温共热解产物产率和组成变化规律,并对焦油族组成进行分析。结果表明:生物质与煤共热解造成热解产物组成和产率显著变化,且其变化程度与生物质的组成和结构有关。对于富含纤维素的玉米芯与烟煤共热解过程,玉米芯质量掺混质量比为75%时,共热解气体产率减小18.87%,其中CO2产率减少29.15%,而热解水产率增加16.77%。由于半焦和玉米芯中碱/碱土金属,尤其是K对焦油中重质组分裂解具有催化作用,共热解焦油中沥青质产率减小43.40%,而极性组分增加63.21%。与富含半纤维素类的玉米芯不同,富含木质素的松木屑与烟煤共热解造成气体和焦油产率增加,而半焦和热解水产率略有减小,气体中CO2和CO略有增加。松木屑中活性H的转移作用,造成共热解焦油中脂肪烃产率增加,极性组分产率减少。松木屑掺混质量比为50%时,脂肪烃增加89.30%,而极性组分减小17.40%。     

生物质催化气化实验研究

在常压流化床上进行了生物质在水蒸气条件下的实验研究。实验装置主体由常压流化床反应器和固定床催化裂解反应器组合而成。生物质原料为木屑,焦油裂解催化剂分别选用煅烧白云石和镍基重整催化剂。实验结果表明,H2/CO(H/C)的摩尔比随着气化温度、水蒸气质量/生物质质量（S/B）的升高迅速增加,但催化裂解温度变化对H/C的影响较小。另外,在催化裂解反应器中使用催化剂种类不同,H/C也不同。本文采用两段催化裂解,一段催化剂采用煅烧白云石,二段采用镍基催化剂,焦油裂解率达到96.70％。采用两段催化裂解,不但可以提高焦油的裂解率,增加了H2和CO收率,净化生物质裂解气,而且可以防止镍基重整催化剂失活,延长其使用寿命。     

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。     

660 MWe机组煤粉炉耦合生物质气燃烧污染物排放分析

为分析煤粉炉掺烧生物质气对耦合锅炉运行性能的影响，基于660 MWe燃煤锅炉和30 t/h生物质气化炉，搭建生物质气化耦合燃煤锅炉系统模型。在额定工况下，选取松木、木屑、污泥3种生物质，研究气化过程；并将最佳气化条件下得到的生物质气引入锅炉进行混合燃烧，研究不同生物质气对锅炉运行及燃烧产物的影响规律。结果表明，生物质气化热效率在最佳空燃比下均可达90%以上。与纯煤燃烧工况相比，耦合工况的炉膛燃烧温度均有所下降，最高下降9.43℃;生物质气掺烧使锅炉效率略下降，而耦合系统的生物质利用效率均可达84%以上；且耦合燃烧减少了CO₂排放量，其中松木气掺烧时CO₂减排量最大，为2.62×10⁵ t/a。耦合系统中NO_x生成量与炉膛燃烧温度和生物质气中CH₄含量明显相关，其中木屑气耦合燃烧生成的NO_x质量浓度下降最多，为167.16 mg/m³;而SO_x生成与生物质成分密切相关，其中松木气耦合燃烧生成的SO_x     

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。     

生物质热解焦油的热裂解与催化裂解

生物质气化过程中产生的焦油对气化系统和用气设备都有极大的危害。为了开发适合于商业应用的焦油缩减方法,探索达到最优焦油脱除效果的操作条件,在固定床反应器上,利用石灰石、白云石、高铝砖作为催化剂研究了生物质(稻秆、稻壳、木屑等)热解焦油的催化裂解反应,利用炭化硅作为热载体研究了焦油的热裂解反应,对热解煤气中焦油含量的变化以及热解煤气组成和热值的变化进行了比较,并对裂解温度、气相停留时间等因素对裂解效果的影响进行了探讨。实验发现,600-900℃范围内ηtar随裂解温度升高而升高,900℃时热裂解条件下可达60％,而催化裂解条件下可达90％以上。0．5～1s范围内,ηtar随停留时间增加而升高,幅度约7％～10％。相比于原始煤气,裂解后煤气组成出现了较大变化,热裂解后煤气热值增加,而催化裂解后煤气热值下降,且热裂解与催化裂解处理后煤气组成也有较大差异。     

固体热载体外循环逆流移动床生物质气化工艺

基于实验室外循环逆流移动床(ECCMB)催化气化反应体系进行了生物质气化实验研究。该反应系统由移动床热解反应器、气固逆流移动床气化反应器和提升管燃烧反应器组成。以白松木屑为生物质原料、煅烧橄榄石为热载体(催化剂)进行气化实验,考察了热解器温度、水蒸气质量/生物质质量(S/B)、原料粒度以及气化器床层高度对气化结果的影响。实验结果表明:反应器温度和S/B是影响气化产品分布的重要因素;随热解温度的升高,气体产率和化学效率显著提高,氢气含量也有所增加;水蒸气的加入不仅提高了产气率,焦油含量明显降低;原料颗粒粒度和气化器床层高度均对产品分布和化学效率产生不同程度的影响。     

循环流化床生物质催化气化试验研究

为研究不同催化剂、不同当量比及不同温度条件下生物质气化效果,采用1.5 MW、产气率4500m~3/h循环流化床试验平台,分别对木屑和稻壳两种生物质原料的催化气化特性进行试验研究。试验结果表明:对于同一种生物质原料,采用橄榄石作为催化剂时,其气化气体中的可燃成分含量更高,橄榄石催化效果优于白云石和菱镁矿;而与稻壳相比,木屑气化产出生物质气体中的可燃成分比重更高;随着当量比的增加,气体热值均有所下降,其原因是当量比增大导致了空气中的氮气更多的进入气化炉,稀释了气化气的体积浓度,从而使得气体热值明显下降。在当量比ER为0.1和0.2条件下,采用橄榄石作为催化剂可以得到热值较高的生物质气;三种催化剂的最佳催化反应温度均为750℃左右,ER=0.2时的气体产率明显比ER=0.1高,说明更多的空气进入气化炉参与反应,产品气体积有所增加,但是将降低气体热值。     

多孔镍/白云石颗粒对生物质气化焦油裂解的催化性能

通过添加镍的方法,改善多孔白云石颗粒对生物质气化焦油裂解的催化能力。采用配位沉淀法制备Ni/白云石粉末,再以Ni/白云石粉末为原料,制备多孔Ni/白云石颗粒。以苯为生物质气化焦油的模型成分,在Ni/白云石颗粒固定床对苯进行蒸汽重整,考察了多孔Ni/白云石颗粒制备过程中,焙烧温度和氧化镍含量等条件对其催化能力的影响。结果表明,多孔Ni/白云石颗粒的催化能力随焙烧温度和氧化镍含量而变化,在焙烧温度750 ℃和氧化镍质量分数13.5%的条件下,Ni/白云石颗粒上苯蒸汽重整的气体收率达到最大值83.0%。在焙烧温度（450～900） ℃和氧化镍质量分数0～22.5%时,积炭率基本保持在4.5%。900 ℃焙烧2 h,对积炭失活的多孔Ni/白云石颗粒进行再生,再生的多孔Ni/白云石颗粒对苯蒸汽重整的催化能力与新鲜多孔Ni/白云石颗粒相同。     

生物质气化焦油裂解用颗粒催化剂的再生性能

为开发适用于生物质气化焦油裂解的多孔白云石颗粒催化剂,以乙酸为生物质气化焦油的模型化合物,讨论了积炭对多孔白云石颗粒催化能力以及再生性能的影响。结果表明,在积炭率0～4.4%时,多孔白云石颗粒的催化能力随积炭率呈线性下降。当积炭率从0增加到4.4%时,颗粒的孔隙率从0.74 cm³·g^-1减小到0.48 cm³·g^-1,乙酸裂解率从99.3%降至32.3%。采用900 ℃和2 h焙烧法对积炭多孔白云石颗粒进行再生处理后,多孔白云石颗粒的强度基本不变,孔隙率增至0.55 cm³·g^-1。在再生多孔白云石颗粒上,乙酸裂解率达到99.5%。多孔白云石颗粒催化剂具有良好的再生性。     

固定床烟煤与木屑共热解的协同反应性研究

在自制的固定床反应装置上对木屑和烟煤以及两者的混合物进行了热解特性研究,考察了木屑与烟煤在不同掺混比例和热解终温下的共热解反应特性。研究结果表明:协同作用发生的程度与热解反应条件有关,烟煤与木屑共热解的协同反应性不仅体现在气、液产物收率方面,同时对气体组成也有显著影响;因木屑灰分中的碱金属化合物对热解焦油的催化裂解作用,使得共热解反应在较高热解终温和较低木屑掺混比条件下表现出更为显著的协同作用;在木屑掺混比(木屑质量分数)为25%、终温540℃条件下,热解气产率的协同值达到22.6%,焦油产率协同值为-27.3%;H自由基与烟煤热解产生的自由基结合成CH4等烃类气体或转移到焦油组分,是一种重要的协同作用机理。     

铜渣催化气化木屑的实验研究和热力学分析

以木屑为原料,在铜渣催化气化木屑的实验平台上研究了气化剂和载气对气体产物成分及热值的影响。根据实验结果,当水蒸气当量比为0.058时,焦油产率降低了约50%,氢气产率提高了63.04%,气化效率达75.03%。在优化的实验条件下基于能量平衡建立熔融铜渣催化气化木屑的热力学分析方法,得到铜渣、木屑及水蒸气之间的耦合关系,1250℃的熔融铜渣的余热高达1.773 MJ/kg,充分利用铜渣显热和潜热气化木屑产生的合成气热值可高达13319 kJ。在最优气化工况下,1 kg原料气化需要1.92 kg铜渣,热态铜渣催化气化木屑的能量利用率可达62.94%。     

胜利褐煤负载镍生物质气化催化剂实验研究

为获得较低温度下生物质焦油高效裂解气化的廉价型催化剂,基于褐煤富含含氧官能团特点,通过离子交换法将镍负载到胜利褐煤上制备褐煤负载镍催化剂(Ni/SLC)。研究了溶液p H值和炭化温度对催化剂物理化学性质的影响,得到Ni/SLC催化剂最佳制备条件,最后在两段式移动床石英反应器中将催化剂用于玉米芯挥发分的催化气化,研究了催化剂对生成气产量和碳平衡的影响。结果表明:p H值为11,炭化温度为650℃时制备的Ni/SLC比表面积最大达到266.3 m2/g,镍微晶尺寸较小为5.0 nm。催化气化实验表明:650℃下Ni/SLC催化剂具有高的焦油裂解活性,气体产量高达43.9 mmol/g,相当于无催化实验气体总产量的3.3倍;水蒸气气化可将热解焦油完全气化,气体产量为85.1 mmol/g,H2产量高达61.9 mmol/g,占气体总量的72.7%,说明Ni/SLC催化剂可作为生物质催化气化制氢的潜在催化剂。     

复合流化床低阶煤热解制备兰炭的工艺条件

以不同粒径范围的新疆准东煤为原料,在耦合下部流化床和上部输送床的复合流化床中热解制备兰炭,考察了热解温度、过量氧气系数、气化温度、煤颗粒停留时间等对热解产物分布和热解半焦性质的影响. 结果表明,随过量氧气系数、气化温度和颗粒平均停留时间增加,气体产率升高,半焦和焦油产率降低;半焦的比表面积随气化温度升高而增大,而随过量氧气系数增大先增大后减小. 当煤从下部流化床进料时,在过量氧气系数0.11、流化床气化温度850℃、输送床热解温度750℃、流化床内煤颗粒停留时间90 s的操作条件下,可制备出固定碳含量超过83%(w)、挥发分含量低于9%(w)的兰炭.     

生物质对呼盛褐煤灰熔融特性的影响

灰熔融特性对煤与生物质共气化意义重大。为探索生物质对褐煤灰熔融特性的影响规律, 向呼盛褐煤中分别加入不同质量比例的花生壳、玉米秸秆和松木屑, 采用ALHR-2型智能灰熔点测定仪对混合灰样的灰熔点进行了测定, X射线荧光仪(XRF)和X射线衍射仪(XRD)分析了灰熔融特性变化的原因。结果表明生物质能够在一定程度上降低呼盛褐煤的灰熔融温度, 这与生物质灰分含量以及混合灰样化学组成有关, 且生物质掺混比例与混合灰熔融特征温度呈现非线性关系;莫来石的生成和消失使花生壳与呼盛褐煤混合灰样和玉米秸秆与呼盛褐煤混合灰样的灰熔融特征温度出现了波动;高熔点硅线石含量的降低、低熔点钙长石含量的增加、以及低熔点白榴石和斜辉石的生成导致了松木屑与呼盛褐煤混合样灰熔融特征温度降低。     

整体式新型生物质气化催化反应器的实验研究

在现有生物质气化反应器及焦油处理方法的基础上,开发出一种整体式新型生物质气化催化反应器,并对该反应器进行相关的实验研究。实验研究结果表明:当木粉进料速率为6.48 g/min,空燃比RE为0.23,气化温度在500—670℃,这种整体式新型生物质气化催化反应器内有、无催化剂时对木粉气化产生的燃气中焦油的含量以及气体组分有明显影响;当采用钴与氧化钴的质量分数为20%,氧化钙的质量分数为80%的钴基催化剂作为焦油裂解催化剂,裂解温度为800℃,标态下体积空时为1.8 s的情况下,燃气中夹带的焦油可完全被催化裂解,同时燃气中的气体成分氢体积分数可从无催化剂时的15%提高到有催化剂时的35%,净提高20%。同时也对使用前后的钴基催化剂进行了XRD表征分析,发现氧化钙在生物质气化过程中具有一定的CO2捕集能力。     

多孔白云石颗粒的孔径分布、催化能力和流化特性

多孔白云石颗粒是一种适用于生物质气化焦油裂解的催化剂。为了开发多孔白云石颗粒流化床焦油裂解反应器,制备出半径(0.9～2.5) mm和长度(4.1～8.6) mm的圆柱形多孔白云石颗粒,测定了多孔白云石颗粒的内部孔径分布、催化能力和流化特性。结果表明,与天然白云石颗粒相比,多孔白云石颗粒孔径(0.1～10) μm的空隙率大幅增加。在催化剂用量117 g、温度800 ℃和载气流量2 L·min^-1的条件下,乙酸在多孔白云石颗粒上的裂解率达99.3%,而天然白云石颗粒上裂解率仅为36.5%。求出了多孔白云石颗粒的曳力系数,建立了多孔白云石颗粒初始流化速率的经验公式。多孔白云石颗粒的当量直径从2.7 mm增至6.8 mm时,初始流化速率从1.3 m·s^-1升至2.4 m·s^-1,初始流化速率的计算值与测定值一致。     

流化床中灰分对煤焦和生物质焦混合特性影响

在115 mm×2 110 mm有机玻璃圆柱型流化床中,选取具有实际意义的焦灰体系,引入描述灰分存在时煤焦和生物质焦两组分混合特性的的质量比混合指数,考察了灰分对煤焦和生物质焦混合特性的影响.结果表明,在操作气速不变的情况下,增加灰含量,松木屑焦的富集位置向上转移,煤灰的含量小于15.4%时,灰含量增加利于煤焦和松木屑焦的混合;减小灰分粒径,煤焦和松木屑焦的混合趋于均匀;提高操作气速有利于煤焦和松木屑焦的混合.此研究结果可以为煤与生物质共气化流化床气化炉的设计、运行和操作条件的确定提供一定参考.