流化床生物质气化过程的中试研究

随着社会对能源需求的日益增长，作为主要能源来源的化石燃料却迅速地减少，因此，寻找一种可再生的替代能源便成为社会普遍关注的焦点。生物质能源是一种理想的可再生能源，每年都有大量的工业、农业及森林废弃物产出，它来源广泛。其具有以下特点：（1）可再生性。（2）低污染性（硫含量和氮含量低，燃烧过程中产生的SOX、NOX较低）。生物质作为燃料时，由于它在生长时需要的二氧化碳量相当于它燃烧时排放的二氧化碳量，因而对大气的二氧化碳净排放量近似于零，这可有效地减少温室效应。（3）广泛的分布性。缺乏煤炭的地域可充分利用生物质能源。世界上87％的能源需求来源于化石燃料，这些燃料燃烧时，向大气中排放出大量的CO2、SOX、NOX。生物质中硫的含量极低，基本上无硫化物的排放，所以，利用生物质作为替代能源对改善大气酸雨环境、减少大气中二氧化碳含量从而减少“温室效应”都有极大的好处。全世界目前正面临着资源和环境的挑战，要做到环境和能源的持续发展，就必须合理有效地开发利用新能源，以尽可能减少对自然环境的破坏和污染。生物质的低硫和CO2的零排放使生物质成为能源生产的又一研究热点。     

生物质流化床气化炉气化过程的实验研究

在流化床生物质气化炉内 ,采用空气作气化剂 ,对七种农、林废弃物进行了气化实验研究。生成的燃气成分 :CO在 1 4 %～ 1 7%之间 ,H2 含量一般低于 1 0 % ,甲烷含量为 5%～ 1 0 %。燃气热值多数在 53 0 0～ 6 50 0 k J/ Nm3 ,气化效率 72 .6 %。实验结果表明 ,流化床生物质气化炉可用于生物质气化。     

流化床作为生物质气化反应器试验研究

在流化床生物质气化炉内 ,用空气进行气化生物质 (花生壳 )的试验研究 ,分析的参数是当量比ER 0 .2— 0 .4 5 ,气化床的温度 75 0— 85 0℃和加入二次风。当ER在 0 .2 5— 0 .33,气化燃气热值为 6 .2— 6 .8MJ/m3 ,气体产量在 2 6 0— 390m3 /h ,生物质燃烧时比气化产量在 1.2 8— 2 .0 3m3 /kg之间 ,炭转化率在 5 3%— 80 %。并对 7种农、林废弃物进行了初步气化试验研究 ,生成的燃气体积分数 :CO为 14 %— 18% ,H2 一般低于 6 % ,甲烷 4 %— 12 %。燃气热值在 4 70 0— 710 0kJ/m3 。试验结果表明 ,在流化床生物质气化炉中 ,通过在悬浮空间加入二次风 ,可使燃气热值得到提高。     

生物质流化床空气-水蒸气气化模型研究

根据流化床反应器特点,结合生物质气化动力学反应机理,建立了生物质在流化床内气化的等温稳态、一维二相动力学模型。该模型所做的主要假定如下:流化床分为气泡相和乳相,在气泡相和乳相内均存在化学反应,考虑二相内的轴向气体扩散,生物质热解过程瞬时完成,主要考虑焦碳以及CO,CO2,H2,H2O,CH4等在流化床内发生的8个主要化学反应。数学模型属于常微分方程组边值问题,利用数值计算软件M atlab7.0进行编程求解。以木粉为原料,将模型结果与实验结果进行了对比,模拟结果与试验数据符合良好,在一定程度上证明了模型的有效性和可靠性。     

生物质的流化床转化

综述了生物质的流态化特性及生物质的流化床利用,内容包括：生物质在流化床中燃烧,气化以及在流经床中的热解,并介绍了煤与生物质共气化燃烧的最新进展。     

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。     

“锥形流化床生物质气化技术”科技成果通过鉴定

2006年4月7日,江苏省科技厅在南京主持召开了由林科院林产化工研究所蒋剑春研究员主持完成的,国家“十五”攻关课题“小型生物质气化发电系统系列化开发”(课题编号:2001BA403B03)中的"锥形流化床生物质气化技术"科技成果鉴定会。鉴定委员会听取了课题组对课题研究情况的报告,审阅了现场测试报告等技术文件。经过认真讨论,给予该科技成果较高的评价。专家认为该课题在国内首先研究开发了锥形流化床生物质气化技术与设备,达到了国际先进水平。其采用的锥形流化床结构,改善了流化床流体力学条件,较好地解决了流化床床层的稳定性,操作弹性大,…     

生物质气化制取合成气的模拟

阐述了利用串行流化床制取生物质合成气的技术,该技术将生物质气化过程与燃烧过程分开,气化反应器和燃烧反应器之间通过床料进行热量传递,并通过生物质补燃实现自供热。利用ASPEN PLUS软件建立了串行流化床制取合成气的模型,通过将模拟数值与实验结果相比较,验证了模拟研究的可行性。重点研究了气化温度、水蒸汽与生物质的质量配比(S/B)对制取生物质合成气的影响。结果表明,为获取较高品质的生物质合成气并得到较高的碳转化率、气化份额和合成气产率,气化温度以650～800℃为宜,S/B应在0.2～1.0之间。     

浅析流化床生物质与煤共气化技术方案

针对生物质能源难以单独气化的问题,探讨了生物质与煤共气化的互补性技术方案;介绍了生物质的物理性质和气化特性;论述了灰融聚流化床粉煤气化技术的特点和工艺流程;提出了在灰融聚流化床粉煤气化的基础上进行生物质与煤共气化技术方案,对存在的问题提出了相关解决措施。     

3000kW生物质锥形流化床气化发电系统工程设计及应用

本文主要论述了自主研发的3000kW生物质锥形流化床气化发电机组工程，对气化发电系统的工艺过程、设备设计要点及系统运行情况分别进行了阐述。研究设计的气化发电系统工程运行结果表明锥形流化床气化炉操作弹性大，分布锥结构很好地改善了气体分布状况，最佳气化温度为710—740℃。系统运行数据表明：生物质耗量为1．77kg／kWh，每公斤稻壳产气为1．62Nm^2，系统总效率为15％，发电机转化效率25％。     

生物质气化与设备的研究进展

介绍了国内外有关生物质气化技术和设备方面的研究概况,主要是近年来流化床反应器的研究进展。展望了生物质能源的良好发展前景。     

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。     

生物质气化模型的流程模拟

生物质能是一种重要的可再生能源。通过Aspen Plus软件平台,建立生物质气化反应器模型,对生物质气化过程进行模拟计算,探讨了不同反应条件,包括气化温度、压力以及水蒸气与生物质质量配比（S/B）对气化产物成分的影响。计算结果表明,采用生物质蒸汽气化技术可获得体积分数为60%以上的富氢燃料气,且增大水蒸气与生物质质量配比有利于氢气产率的提高。     

生物质半焦气化技术的研究现状

对生物质半焦的气化技术进行了介绍和总结,将其归纳为以空气、CO2和水蒸汽为气化介质的直接气化法、催化气化法以及共气化法,并重点介绍了这些方法的研究现状,此外对该技术的应用进行了展望。     

生物质空气气化过程的有效能分析

以空气为气化介质,选取松木、玉米秸秆、木屑为气化原料,运用ASPEN PLUS软件并结合Fortran编程对基于自热固定床反应器的生物质气化过程进行了模拟,探讨了空气当量比(ER)和生物质含水量对干气低位热值、气化炉温度、干气组成和气化有效能效率的影响. 结果表明,在生物质含水量一定时,随ER增加,干气低位热值降低,气化温度升高,干气中CO含量先增加后减少,H2含量降低,有效能效率先升高后降低;ER一定时,随生物质含水量增加,干气低位热值降低,气化温度先降低后升高,干气中CO含量降低,H2含量先升高后降低;当松木、玉米秸秆、木屑的含水量为20%(w)、ER分别取0.25, 0.2和0.15时,最大有效能效率分别为61.67%, 60.23%和54.98%.     

生物质气化重整技术的研究进展

介绍了生物质气化重整的研究发展现状,主要包括催化气化重整和高温介质气化技术。总结了催化气化重整过程中催化剂的研究情况,归纳了催化剂的作用,重点介绍了天然矿石催化剂、镍基催化剂和贵金属催化剂在生物质气化重整中的应用,并分析了生物质气化催化重整方法在工业应用中存在催化剂易失活的生物技术难点。此外,还介绍了当前出现的生物质高温介质气化技术,包括高温空气气化技术和高温水蒸气气化技术,阐明了其研究重点以及未来发展方向。     

生物质气化技术及焦油裂解催化剂的研究进展

本文综述了国内外研究机构在生物质气化技术方面的研究进展,主要是对不同于传统气化炉结构的优化设计和对焦油催化裂解所用的催化剂的研究进行了评述,最后指出了进一步的研究与发展方向:如生物质气化反应器的模拟;焦油催化裂解反应机理的研究和动力学模型的建立。     

原料烘焙预处理对生物质气化的影响综述

简述了生物质原料的物理和化学特性,介绍了现有的生物质气化原料预处理方法,着重阐述了生物质烘焙技术研究现状和烘焙预处理对生物质气化的影响。众多研究结果表明：生物质烘焙预处理能够显著改善生物质的磨粉性能,有效提高生物质的能量密度和堆积密度,同时还能降低生物质的O／C比。最后对原料烘焙预处理在生物质气化中的应用做出了展望。     

生物质气化技术及进展

能源和环境的双重压力使得可再生清洁能源的开发利用越来越重要。生物质能是地球上重要的可再生能源,具有广阔的发展前景。我国有着丰富的生物质资源,开发和利用生物质能源对于缓解我国能源、环境及生态问题都具有重要的意义。文章介绍了生物质气化技术的原理及研究进展,分析了气化过程中存在的主要问题,并指出了气化技术的研究方向。     

干燥/热解与半焦气化解耦的生物质气化特性

利用固定床上下两段反应器,以酒糟为气化燃料,对比分析了解耦气化与传统耦合气化的焦油产率、碳转化率和气化效率的差异. 结果表明,在解耦气化热解温度550℃、气化温度800℃、耦合气化温度800℃、燃料含水量40%(w)和气化剂中氧含量4%(j)的条件下,相对于传统的耦合气化,解耦气化焦油产率降低了35.3%,气化效率、碳转化率和产气率分别提高4.0%, 18.4%和20%. 提高燃料含水量(0~80%, w)、气化温度(800~900℃)和气化剂中氧含量(4%~6%, j),解耦气化的焦油产率降幅、生成气中H2或CO含量及燃料C转化率的增幅均比耦合气化高.