松木屑水蒸气催化气化制氢及其大物料量气化动力学研究

利用松木屑在自制固定床气化系统上进行水蒸气催化气化实验研究.考察反应温度、水蒸气/生物质比(S/B)以及催化剂加入量对气体成分、产氢率和潜在产氢率的影响.结果表明:反应温度为850℃、S/B为3.27、催化剂量,木屑进料量比为2%时合成气品质较优,氢气浓度可达40.13%,产气率为0.718m3·kg-1.该文也进行大物料量松木屑催化气化等温热重实验研究,加入催化剂使木屑气化反应活化能降低,加快了反应进程.     

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。     

木屑高温空气气化实验研究

提出了一种生物质高温气化的新方法。选取木屑为气化物料，在700℃、800℃和1000℃分别进行高温气化实验。实验表明：高温气化有利于提高合成燃气热值，强化气化反应；合成燃气中CO2和CxHy的含量度热值随温度的变化规律与理论结果基本吻合，热值达到6．19MJ／m^3。证实了生物质高温气化技术的可行性。     

生物质鼓泡流化床气化特性的空气当量比影响分析

在鼓泡流化床生物质气化器内,以空气为气化介质,对木屑进行了常压气化试验研究。选择空气当量比ER为0．13～0．33进行试验,研究了在气化温度为760％、810～12和860℃条件下对气化结果的影响。试验结果表明：主要燃气成分含量H2：6．2％～14．1％,CO29．9％～30．2％,CH4：1．6％～11．2％,产气率：1．0m3／kg～1．740／kg,产气低位热值：3526kJ／m3～9184kJ／m3,碳转换率：52．3％～82．3％,气化效率38％～69．1％。     

中型流化床中二次风对生物质气化的影响

以空气为气化介质,在中型管式布风流化床(截面积300×300mm2,高5m)反应器上考察了二次风的加入(占一次风比例的0-40%)对生物质(木屑)气化效果、二次反应和焦油产率的影响。在进料量39kg/h,一次进风量50Nm3/h条件下进行。实验结果表明,加入二次风显著改变了碳转化率、气化效率和焦油产率,而对二次反应影响不大。得到最佳二次配风比为30%,此时,燃气低热值为5453kJ/m3,产气率、碳转化率和气化效率分别为2.46m3/ kg、97%和85%;焦油含量降低了约62.6%。     

生物质高温气化重整制氢实验研究

在自行设计的固定床气化炉实验台上开展序批式进料模式的生物质(白松木屑)高温气化实验研究,重点考察反应温度、水蒸气流率以及物料粒径等不同工况条件对生物质气化产气特性的影响,实验结果表明,在800~950℃的范围内,每千克白松木屑的氢产率为21.91~71.63g H2。不同水蒸气流率下H2平均浓度变化不大,CO平均浓度随水蒸气流率的增加略有增大,气体平均热值在11.87~12.04kJ/m3内变化。实验条件下水蒸气流率为20.2g/min时的氢气产率最大。随着生物质给料粒径的减小,气体产率和气化效率均减小。     

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。     

多碟太阳能聚热与生物质超临界水气化耦合制氢

搭建了一套连续式多碟太阳能聚热与生物质超临界水气化耦合制氢系统,以生物质模型化合物(乙二醇、丙三醇、葡萄糖)为原料在该装置上进行了气化制氢实验,研究了太阳能直接辐照度(DNI)、物料成分、物料浓度、停留时间对气化效果的影响。实验结果表明:太阳能直接辐照度对太阳能吸收器腔内及反应器壁温的影响较大,进而能影响气化效果,在实验流量、压力范围内当DNI为363～656W/m2时,反应器出口流体温度达520～676℃,可以满足生物质超临界水气化制氢的温度及能量需要。0.1mol/L葡萄糖气化H2体积分数均值超过50%,H2产量为27.2mol/kg,气化率达109.7%。低物料浓度和长停留时间有利于气化效果的提高。实验验证了利用可再生的太阳能聚焦供热耦合生物质超临界水气化制氢是可行的。     

褐铁矿催化作用下生物质高温水蒸气气化实验研究

针对生物质气化过程中焦油量大、产气率低等问题,应用高温水蒸气催化气化的方法提高了产氢率,增大了生物质能源的利用率。以内配褐铁矿粉的松木屑成型颗粒为气化原料,采用廉价易得的褐铁矿作为催化剂,以高温水蒸气作为气化剂。通过实验得出:质量分数为15.00%的褐铁矿,在气化温度750℃、蒸汽质量流量0.89kg/h条件下,1.5kg成型颗粒1h总产气量为800L,H2体积分数为55.28%,气体热值为11.31MJ/m3,与无添加相比,产气量增加了11.1%,总热能产出增加了5.78%;气化终温850℃下,产气量970L,H2体积分数57.13%,热能产出量达到了10.33 MJ。     

典型生物质及木质素水蒸气气化制富氢合成气的试验研究

选取稻壳、木屑、小麦秸秆及玉米秸秆四种典型生物质及木质素，以管式炉为反应器，将每种实验样品3 g放入陶瓷方舟，通入0.4 MP、150℃的水蒸气，流量为3 g/min,选取550℃、650℃、750℃、850℃、950℃进行水蒸气气化实验，探究典型生物质水蒸气气化产物、热值及固体转化率随温度变化规律。实验结果表明：木屑产生H₂含量在750℃可达60.17%。提高水蒸气气化温度可以有效降低CH₄含量，提高H₂的体积分数。在实际工程应用时，如果要获得较高的氢气纯度，温度至少在750℃以上；如果使可燃气含量最高时，建议将温度控制在750℃左右。     

成型生物质流化床气化及结渣影响因素研究

为提高生物质气化产物的品质,采用成型桉树皮和成型玉米秸秆2种典型农林废弃物,并选取稻壳和木屑作为对比,在中试规模的流化床实验台上进行气化实验,得到成型桉树皮、成型玉米秸秆、稻壳和木屑的最佳空气当量系数,分析了成型生物质在气化中出现结渣现象的原因。结果表明：在实验条件下,成型桉树皮、稻壳和木屑的最佳空气当量系数为0.20,其燃气热值分别为5.5 MJ/m³、5.5 MJ/m³、6 MJ/m³,气化效率分别为60%、45%、52%;成型玉米秸秆由于其高灰分、低热值,所需空气量更大,最佳空气当量系数为0.24,燃气热值为4 MJ/m³,气化效率为35%;气化温度提高可促进不同生物质的气化反应,碱金属、碱土金属含量较多的成型生物质在气化过程中更易结渣。     

在流化床气化炉中生物质与煤共气化研究(Ⅱ)——以水蒸汽为气化剂生产中热值燃气

以水蒸汽为气化剂,用玉米芯/煤以不同比例为原料,在600kW流化床气化炉上,按二步法制气工艺进行连续运行实验.实验研究了影响燃气热值、气体产率、燃气组成及气化效率的主要因素,确定出气化炉适宜的操作条件及较佳的原料配比范围.得出气化温度为950～1000℃,玉米芯/煤的比例为80/20,S/B在0.7～0.9范围内,燃气热值11～13MJ/m3,气体产率1.1～1.3m3/kg,气化效率75%～80%,燃气中焦油含量小于0.9mg/m3的结果.通过将本技术与国外现有生产中热值燃气的方法进行比较,发现本技术具有产生较高热值燃气和燃气中低焦油含量等优点.     

在流化床气化炉中生物质与煤共气化的研究(Ⅰ)以空气-水蒸汽为气化剂生产低热值燃气

在600kW流化床气化炉工业示范装置上以空气.水蒸汽为气化剂,将生物质/煤按不同比例进行了共气化的实验研究.在实验研究的运行条件下,得到了生物质/煤混合比例对气化炉工作温度、燃气热值、气体产率和气化效率等重要技术参数的影响.对玉米芯/煤的比例为81/19时的典型实验结果表明:气化炉工作温度869℃,空气当量比ER=0.21,S/B=0.20时,气体产率1.96m3/kg,燃气热值6.4MJ/m3,气化效率71.3%,燃气中焦油含量小于10mg/m3,该炉经过连续运行考核,运行平稳,工况稳定.     

反应温度对木屑炭水蒸气气化产物的影响

以木屑炭为原料,在固定床反应器中进行了水蒸气气化试验。试验在水蒸气流量为0.854 g/min,温度为800～1 000℃条件下,反应15 min。主要考查气化反应温度对碳转化率、合成气产率、燃气热值及燃气组成的影响。研究结果表明,在高温条件下木屑炭与水蒸气具有很高的反应活性,燃气产率为0.9～3 L/g;在气化温度为1 000℃时,碳转化率最高达到80%;燃气热值为8.9～9.4 MJ/m3,合成气(H2+CO)比例为68%～79%,H2/CO为4.02～6.32。     

铜渣耦合木屑制备可燃气的热力学分析

从生物质的热解原理出发,以木屑为原料,使用热重分析方法研究了木屑的热解特性,并基于能量平衡对热态铜渣耦合生物质余热利用系统进行热力学分析。根据实验结果,木屑在热解终温分别为400、500、600、700、800℃时热解需热量分别为335、373、430、513、643 k J/kg。随着热解温度的升高,铜渣余热利用率逐渐增加,在800℃的热解温度下,铜渣余热利用率达86.78%。1 250℃的铜渣冷却至常温余热量达1 574.26 k J/kg,在热态铜渣耦合木屑反应体系中,气化1 kg的木屑只需1.92 kg的铜渣,系统的热损失为37.07%,能量转化率达69.46%,可产生热值为13 319 k J的可燃气。针对铜渣富含碱金属并含有大量余热的特点,铜渣耦合生物质制备可燃气具有很大的工业应用前景。     

生物质流态化催化气化技术工程化研究

在研究开发的内循环锥形流态化气化炉内。对稻草、麦草等软秸秆物料粉碎后，或者直接使用木屑等细粉状原料，进行了热解气化和催化气化的工程化应用试验研究。研究结果表明：气化反应在600—820℃的一个较宽温度范围内，均能稳定连续运行。麦草原料气化所产生的煤气热值比稻草和稻壳都高，其热值可达7716kJ／m^3。木屑气化所产生煤气热值最高则达9064kJ／m^3，远远高于一般生物质气化煤气。对流化床气化来讲，即使在非催化气化条件下，其气化产生的煤气热值比采用下吸式气化炉产生的煤气热值提高40%左右，并且气化温度较固定床(上吸式、下吸式)气化炉低。同时进行的催化气化试验发现，催化剂CaO能明显提高煤气热值、降低CO组分，Na2CO3催化气化能提高气体H2的含量。在800℃试验时，添加催化剂能明显提高气体的热值。     

秸秆气化示范工程效益分析

秸秆气化是将农作物秸秆进行热解气化，产出优质高效燃气，用管道输送到各家各户用于炊事的一种新型燃料。该技术的推广就全国来讲，山东先进一步，为使此项技术在全国迅速推开，现将秸秆气化技术的效益作一粗浅分析。一、运行成本①秸秆成本：1kg秸秆产2m3气，每人每天用气1．5m3，如果按100户，400口人计算，每户每天可用气6m3，既用秸秆3kg。每户每年可用秸秆1095kg，则100户年可用秸秆10.95万kg，按每kg秸秆0．10元计算，秸秆投资成本为1．095万元。②电费成本：用5.5kw电机‘每天运行4h．电费按0.50元／度计算，每天电费为11元，全年可…     

松木屑CaO催化加压气化研究

在固定床反应器中,以水蒸气为气化介质,探讨不同Ca O添加量和压力对松木屑气化结果的影响。结果表明Ca O具有CO2吸附和催化焦油裂解双重作用。在800℃、0.5 MPa下,添加一定量Ca O,CO2浓度降幅达到50%以上,H2浓度增加到59.35%,气体热值达到12.97 MJ/m3;在900℃,Ca/C(Ca O所含Ca与松木屑所含碳的物质的量之比)为1.0时焦油有最小值,为2.43 g/m3。此外,增加反应压力,H2和CO2的浓度出现缓慢增加趋势,CO浓度减少,CH4浓度无明显变化,同时气体中焦油含量出现降低趋势,该实验中最低值可达1.99 g/m3。     

生物质在隔板式内循环流化床中的气化

对隔板式内循环流化床气化炉的气化特性进行了研究。考察了一些主要参变量，如温度（600～850℃）、空气当量比（0.17～0．35）和内循环率等对气化结果的影响。在实验研究的条件范围内，生物质气体产气率在1.26m^3／kg～1.9m^3／kg（标准大气压下）之间变化。气体热值在3010kJ／m^3～6195kJ／m^3（标准大气压下）范围内变化。实验结果表明，这种气化炉在750～800℃时，气化效果最好，产气率为1．7～1．9m^3／kg（标准大气压下），气体热值为6041～6195kJ／m^3之间，气化效率可达70％。     

污泥热解残渣水蒸气气化制取富氢燃气

采用固定床反应器,进行了污泥热解残渣水蒸气气化制取富氢燃气的研究。考察了反应温度、固相停留时间、水蒸气流量及催化剂对气化效果及气体产物组成的影响。结果表明:随着反应温度的升高,气体产率由0.096 7 m3/kg逐渐增加到0.460 0 m3/kg,燃气中H2含量由17.87%逐渐增加到52.44%;在最佳固相停留时间为15min时,气体产率达到0.540 m3/kg;最佳水蒸气流量为1.19 g/min,此时产气量达到最大值0.61 m3/kg,H2含量为64.7%;添加催化剂有利于气体中H2含量的提高。