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.     

煤粉加压气化炉操作参数对气化特性的影响

采用基于平衡态模型的气流床气化炉煤气组分预测程序,分析研究了气化压力、氧煤比以及蒸汽煤比等操作参数对气化温度、煤气组分、碳转化率和气化效率的影响规律。研究结果表明:气化压力对气化特性指标影响甚微,而氧煤比和蒸汽煤比的影响较为显著。随氧煤比的增加,气化温度升高,碳转化率升高,气化效率先升高再降低,CO浓度先增加后降低。CH_4的体积浓度可用于预测气化温度。在蒸汽煤比较低时,提高蒸汽煤比可增加H_2的浓度,提高碳转换率和气化效率,但进一步提高蒸汽煤比仅会降低气化炉内的气化温度,提高H_2O和CO_2浓度。对于所研究的煤种,合理的氧煤比应在0.7左右,合理的蒸汽煤比在0.1左右。     

生物油部分供氧气化试验研究与数值模拟

采用小型实验装置和计算机数值模拟研究当量比和反应温度对生物油气化产物的产率、组成及碳转化率的影响,获得在O2和N2两种氛围下气化反应器内速度场和温度场的分布情况。结果表明:在相同气化温度下,CO2产率随O2当量比的增大而增加,最高可达447.72 m L/g;可燃气体产率随当量比的增大而减少并趋于稳定;碳转化率随当量比的增大先减少后增加,最高可达93.92%;生物油气化气体的产率随气化温度的升高而增加,且模拟值与实验值吻合较好,其中CO2含量及产率的实验值与模拟值的平均相对误差达到最小值,分别为24.74%和33.72%。     

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。     

基于铁矿石载氧体25 kWth串行流化床生物质化学链气化实验研究

设计并建立了25kW_(th)串行流化床生物质气化反应器,基于此反应器,以赤铁矿石作为载氧体,开展生物质化学链气化实验研究,考察气化反应器温度、S/B、载氧体添加比例对生物质气化特性的影响。当赤铁矿占床料比例高于40%时,该气化装置的气化反应器温度保持平稳,铁矿石载氧体的再生及传热性能优良。燃料反应器出口烟气的成分为H_2、CO_2、CO、CH_4和少量的C_2H_4。随着气化反应器温度升高,气化反应器出口烟气中CO、CH_4和C_2H_4体积分数逐渐降低,相应的CO_2体积分数逐渐升高。随着S/B由0.6升高到1.4,气化反应器出口烟气中H_2和CO_2体积分数逐渐升高,CO、CH_4和C_2H_4体积分数逐渐降低。另外,载氧体添加比例增加,生物质气化反应器出口烟气中CO、H_2、CH_4和C_2H_4体积分数呈减小的趋势,而CO_2体积分数显著增加。     

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。     

中型流化床中的生物质气化实验研究

以空气为气化介质,在中型流化床反应器上进行了生物质(木屑)气化实验研究。考察了当量比ER(0.20～0.34)、气化温度(670～820℃)对气化结果的影响,初步探讨加入二次风对气化的影响。在实验研究的条件范围内,煤气热值在5650～6665kJ/m3范围内变化,生物质产气率在1.51～2.26m3/kg之间变化,碳转化率在74.3%～90.8%之间变化,气化效率达到61.8%～78.1%;加入适量二次风可以提高气化效率和碳转化率,减少焦油含量。实验结果表明:此流化床气化炉当气化温度在720～770℃之间,当量比ER在0.24～0.28之间时,气化效果最好,此时煤气热值可达到6400～6600kJ/m3,产气率为1.75～1.95m3/kg,碳转化率为83%～89%,气化效率高达71%以上。     

基于铁矿石为氧载体的生物质化学链气化技术实验研究

生物质能因为其资源分布广泛、低污染和可再生等性能成为当前人们关注的重点。基于传统气化技术和化学链燃烧技术而衍生出的化学链气化技术具有低气化成本、高产气率和碳转化率高等优点。采用松木屑作为生物质原料,选用铁矿石作为氧载体,探究基于铁矿石为氧载体的生物质化学链气化反应过程,在流化床反应器上进行实验,采用控制变量法,从氧载体、水蒸气和温度等3个方面分析对化学链气化过程的影响。实验结果表明,氧载体对于气化反应的产气率和碳转化率都起到了促进作用,水蒸气的通入使得可燃气中H2的含量明显增多,温度的升高使气化反应最终的产气率和碳转化率逐渐增大。     

CO2/N2气氛下煤粉热解气化特性研究及动力学分析

采用热重分析仪在CO_2/N_2气氛下对煤粉进行了非等温热解气化实验研究,分析了程序升温速率和CO2浓度对煤粉热解、气化特性的影响,并采用Coats-Redfern法、FWO法和KAS法对煤粉热解、气化过程进行了动力学分析。实验结果表明:在CO_2/N_2气氛下,随着程序升温速率的升高,热解和气化反应速率均增大,表观活化能均减小。在CO_2/N_2气氛下,CO2不会影响煤粉的热解过程,而对气化过程有决定性影响,CO2浓度越高,气化反应速率越大,表观活化能越大。在CO_2/N_2气氛中煤粉气化反应的表观活化能E和表观指前因子A之间具有动力学补偿效应。在相同气氛下,煤粉气化反应的表观活化能随转化率的增大而减小。     

空气当量比对生物质和煤共气化影响的研究

采用新型床料对松木屑与烟煤的流化床共气化进行研究.在生物质掺混比例为50%的工况下,当空气当量比(ER)从0.2增加到0.28时,产气中H2的体积分数从14.1%上升到26.9%,CO的体积分数从28.9%减小到21.8%,CO2的体积分数呈上升趋势,CH4和CnHm的体积分数逐渐下降;燃气热值在ER为0.25时最大,大约为7 180 kJ/m3;气化效率为44%～53%;混合燃料的碳转化率为74%～76%.随着ER的增加,共气化的主要反应、燃料有机特性、松木屑的灰特性呈现不同的变化规律,从而对共气化参数产生影响.探求气化参数的变化规律将为共气化反应器的结构设计和运行参数的选择提供依据.     

CO2气氛下生物质气化制氢的数值分析

生物质气化制氢有重要的工业应用价值,本文采用ASPEN PLUS软件数值模拟了稻壳在流化床中的气化过程。本次模拟运用吉布斯自由能最小化原理,选择RGibbs和RYield模块,采用CO2作为气化剂,计算获得了气化温度、CO2质量流量、CO2和稻壳质量比和碳转化率对产氢率的影响规律。结果表明：在CO2质量流量为200kg/h时,H2的生成率高达43%。随着CO2/B增加,CO和CO2体积分数逐渐升高,CH4体积分数下降,H2体积分数在不同的气化温度下趋于平稳（600~700℃）或下降（800~1000℃）。随着气化温度升高,碳转化率增加;随着CO2和稻壳质量比的升高,碳转化率下降。     

循环流化床煤富氧-水蒸气气化实验研究

针对面向合成气的循环流化床煤气化技术的开发,在0.25 t/d实验台上开展了实验,研究了气化剂氧气浓度和氧煤比的影响,并利用热力学平衡计算进行验证.结果表明:氧气体积分数由21%升高至60%时,水煤气反应得到强化,CO和H_2产率、碳转化率和冷煤气效率均得到提高;提高氧煤比(0.41～0.56 m~3/kg)时水煤气反应的强化没能得到表现,CO、H_2产率有所降低.通过平衡计算验证了不同氧气体积分数下煤气成分变化,若反应装置具有更好的保温措施和更充足的反应时间,CO、H_2产率和(φ_(CO)+φ_(H_2))/φ_(N_2)值可进一步提高.     

高含氮木质废弃物加压气化含氮污染物生成研究

进行高含氮木质废弃物的加压气化试验，研究反应压强对于气化的影响。结果表明：在高压热重上，高压可抑制挥发分析出，提高700℃以上气化反应速度，使气化结束温度从1104降至1076℃；在加压气流床装置上，增大压强可明显提高合成气的品质，CO与H₂浓度明显增大，气化碳转化率、产气率与低位热值均有提高；随着压强的增大，高含氮木质废弃物气化产气中HCN与NH₃浓度出现下降趋势，从4606和2405 mg/m³分别降至393和622 mg/m³。     

基于响应面法的煤气化工艺参数效应分析

以粉煤加压气化工艺为对象,基于ChemCAD仿真软件建立了煤气化过程仿真模型,采用中心复合设计进行了煤气化仿真试验,构建煤气化性能指标与工艺参数间的响应曲面,并在此基础上对煤气化各工艺参数对气化性能的主效应和交互效应进行了分析.结果表明：氧煤质量比是影响煤气化性能最重要的工艺参数,氧煤质量比的增加能提高煤气中CO体积分数、产气率和碳转化率,但会降低H2体积分数;蒸汽煤质量比主要影响煤气的有效气体成分,H2体积分数随其值提高而显著增加,CO体积分数下降;蒸汽煤质量比对产气率和碳转化率影响较小;压力对煤气中有效气体成分、产气率和碳转化率影响均不显著;氧煤质量比、蒸汽煤质量比和压力的综合效应对煤气中有效气体成分影响不显著,但对产气率和碳转化率等生产效率指标影响显著.     

生物质鼓泡床富氧-水蒸气定向气化实验研究

以制备合成气为目标,采用自供热鼓泡床对木屑进行提高H/C的富氧-水蒸气定向气化实验。分析当量比(ER)、水蒸气配比(S/B)、富氧浓度(OC)变化时对产气各组分及H_2/CO(H/C)的影响。结果表明:相同O_2浓度和水蒸气配比条件下,当量比在一定范围内越高,H/C越高;产气H/C主要受水蒸气配比和O_2浓度的影响;自供热鼓泡床富氧-水蒸气气化工艺中,制备合成气最佳工艺条件:O_2浓度为60%~70%、当量比为0.33~0.38、水蒸气配比约为0.56,对应最佳H/C为1.13。     

生物质快速热解及水蒸气气化实验研究

对生物质气流床气化过程进行了小型台架实验研究,建立生物质气流床气化小型实验台架,进行生物质快速热解和水蒸气气化的实验,实验表明:温度提高有利于提高产品气的产率、气化过程的碳转化率和气化效率,但温度过高会促进CH_4的重整反应、水气变化反应、降低CO、甲烷含量,从而影响产品气热值。粒径对气化结果有着一定影响,粒径对气化结果的影响主要体现在固相内部升温速率和最终温度上,粒径越小,颗粒升温越快,能达到的最终温度越高。水蒸气气化过程中,适当的水蒸气的通入能大量提高产气中的H_2、CO的占比,提高碳转化率和H_2/CO的比值,碳转化率在S/B比为1.4时达到最大值96%,此时气化效率也高达94%,水蒸气的通入过量会导致炉内温度下降,各项评价指标均开始下降,降低燃气品质。     

定向调控生物质CO_(2)/H_(2)O气化制取H_(2)/CO合成气的热力学分析北大核心CSCD

文章对以CO_(2)/H_(2)O为气化剂的生物质气化,生产H_(2)/CO为3∶1的合成气的反应过程进行了热力学分析。研究发现,提高气化温度可以增大H_(2)和CO的总产率,且超过700℃基本没有CH_(4)和C的生成;通过控制气化剂CO_(2)/H_(2)O的通入比例,可以实现H_(2)/CO合成气的定向调控;CO_(2)通入量的增大可以提高CO产率,降低H_(2)/CO为3∶1的合成气的气化温度(临界温度)和所对应的(H_(2)+CO)总产量;H_(2)O通入量的增加可以增大H_(2)产率,提高临界温度和所对应的(H_(2)+CO)总产量。文章拟合出临界温度和所对应的(H_(2)+CO)总产量与CO_(2)和H_(2)O通入量的关系式,为工业生产H_(2)/CO为3∶1的合成气以及后续甲烷化提供理论支持。     

CaO在生物质定向气化条件下的高温CO_2吸收特性

生物质定向气化可以制备富氢燃气和一定化学当量比的合成气(用于合成醇、醚等),同时有效地减少温室气体排放,是一种可持续的清洁能源转化技术。文章基于生物质定向气化这一背景,结合实际工业生产,采用TG/DTA系统对生物质定向气化条件下CaO吸收CO2的特性进行了研究。实验结果表明:升温速率由10℃/min增加到50℃/min,CaO变温吸收CO2的反应都在800℃左右达到吸收与煅烧平衡,且CaO转化率随升温速率增大而减小;CaO转化率和质量变化速率随CO2浓度增加而增大,根据反应平衡时CO2浓度与温度的关系拟合出CO2平衡分压公式为RCO2,eq=1.16×108exp-21!399/T";CaO恒温吸收CO2的最终转化率随吸收温度的升高先增加后减小,生物质定向气化中CaO吸收CO2的最佳温度为700~750℃;循环吸收实验中CaO转化率随循环次数增加而减小。     

木屑炭水蒸气催化气化制取合成气研究

以木屑炭为原料,K2CO3作为催化剂,以固定床气化炉为实验设备,进行水蒸气催化气化木屑炭的探究。考察木屑炭水蒸气气化的炭转化率、产氢率、气体组成体积分数和H2/CO比值随K2CO3催化剂质量分数(0~8%)、水蒸气流量(0.15~0.35 g/(min·g))、气化温度(800~950℃)变化的规律。实验结果表明:K2CO3催化剂可显著提升碳转化率及产氢率,K2CO3质量分数为8%时,碳转化率和产氢率分别达到86.3%和125.6 g/kg,同时合成气中CO体积分数显著增加,H2/CO比值降至2.43。增加水蒸气流量,合成气中H2含量显著增大,H2/CO比值随之增大。温度可有效促进炭气化过程,950℃时碳转化率和产氢率分别达到84.3%和127.1 g/kg,但合成气中CO体积分数增大,H2/CO比值降至2.48。实验得到H2/CO比值在2.43~5.16范围的合成气。气化反应温度在900℃、水蒸气0.2 g/(min·g)、K2CO3质量分数3%时,碳转化率可达80.4%,产氢率109.6 g/kg,合成气中(H2+CO)体积分数82.4%,同时H2/CO比值高达3.05。     

稻壳在固定床中空气气化的数值模拟

利用Aspen Plus建立稻壳在上吸式固定床气化炉内的空气气化模型,该模型预测气化温度、产气组分和热值,与试验数据吻合良好。利用Aspen Plus的灵敏度分析模块研究空气当量比ER值对气化温度、气体组分、产气热值以及气化效率的影响。结果表明:随着ER值的增加,气化温度逐渐升高,CO、H2和N2含量逐渐增加,而CH4和CO2含量逐渐减少,热值和气化效率也随之降低。