木屑炭水蒸气气化制备合成气

以木屑炭为原料,在上吸式固定床气化炉中进行水蒸气气化制备合成气,考察了温度和水蒸气流量对木屑炭水蒸气气化的产物分布、炭转化率、产气率、组成含量和H₂/CO值的影响。结果表明：升高温度有助于木屑炭气化,炭转化率和产气率分别在950 ℃下达到最大值99.2%和4.16 L/g,但温度升高会导致H₂从65.8%降至61.2%,同时H₂/CO也呈下降趋势,从10.3降至3.35;水蒸气流量的增加可提升H₂,从59.8%升至62%,但流量升至0.6 g/min时气化结果趋于稳定。水蒸气气化的最佳操作条件为900 ℃,水蒸气流量0.6 g/min,此条件下炭转化率、产气率和热值分别达到93.3%、4.06 L/g和9.04 MJ/m³,H₂/CO值为4.11,适合于合成甲烷。     

生物质炭水蒸气气化制取富氢合成气

以生物质炭为原料在上吸式固定床气化炉中进行水蒸气气化制备富氢合成气,考察了不同原料、粒径和催化剂对生物质炭水蒸气气化影响。结果表明,不同类型炭气化结果存在较大差异,其中木片炭气化结果最优,其次是玉米芯炭和稻壳炭,秸秆炭气化结果最差,木片炭产氢率最大为222.8g/kg。粒径的改变主要影响炭转化率,炭转化率随着粒径的增加呈增加趋势。通过炭吸收方式负载催化剂为有效的方法,其中在相同钾盐质量分数下,KOH催化能力较优于K₂CO₃,且气化速率为未加催化剂条件下的两倍。炭转化率随着碱液浓度的增加而增加,但浓度过高会增加灰分含量从而不利于产氢率,玉米芯炭催化气化最高产氢率为197.8g/kg,在碱质量分数为6%下获得。     

生物质水蒸气气化制取富氢合成气及其应用的研究进展

生物质水蒸气气化是有效的热化学转化手段,可将原材料转化为富氢合成气,气体应用更加广泛,有替代化石能源制氢的潜在价值。不同的生物质资源气化和产氢能力存在差异,物料的选择对气化制取富氢合成气至关重要,而调整气化操作参数包括反应温度、水蒸气加入量、催化剂和吸收剂等可进一步优化合成气质量,提升氢气含量。本文首先综述了不同操作条件对生物质水蒸气气化制取富氢合成气的影响。其次,介绍了生物质炭气化制取富氢合成气的研究现状,炭气化可制得高品质的富氢合成气,但过程受动力学限制,需要加入催化剂以提升炭气化速率。文中还简述了以钾盐为催化剂时的催化机理,并展望了富氢合成气的应用,包括制备高纯氢应用于燃料电池和制备合成天然气。     

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。     

煤焦加压水蒸气催化气化反应特性及甲烷释放规律研究

以内蒙褐煤焦为研究对象,K_2CO_3为催化剂,在小型加压固定床上考察了反应温度、操作压力和水碳比对煤焦水蒸气气化反应过程中碳转化率、反应速率和甲烷浓度及其累计流量的影响。结果表明,随着反应温度的增加,碳转化率和反应速率显著增加,甲烷浓度及其累计流量也增加,表明甲烷化反应在600~700℃内仍受动力学控制。操作压力的提高,碳转化率和反应速率呈先增加后减小的变化趋势,而甲烷的浓度逐渐增加,其累计流量由常压下的2.4 mL逐渐增加至3.5 MPa下的43.2 mL。随着水碳比的增加,碳转化率和反应速率大幅增加,但是甲烷的浓度逐渐降低,甲烷的累计流量受反应速率和反应平衡的共同影响,呈先增加后减小的趋势。     

煤焦加压水蒸气催化气化反应特性及甲烷释放规律研究

以内蒙褐煤焦为研究对象,K_2CO_3为催化剂,在小型加压固定床上考察了反应温度、操作压力和水碳比对煤焦水蒸气气化反应过程中碳转化率、反应速率和甲烷浓度及其累计流量的影响。结果表明,随着反应温度的增加,碳转化率和反应速率显著增加,甲烷浓度及其累计流量也增加,表明甲烷化反应在600⁷00℃内仍受动力学控制。操作压力的提高,碳转化率和反应速率呈先增加后减小的变化趋势,而甲烷的浓度逐渐增加,其累计流量由常压下的2.4 mL逐渐增加至3.5 MPa下的43.2 mL。随着水碳比的增加,碳转化率和反应速率大幅增加,但是甲烷的浓度逐渐降低,甲烷的累计流量受反应速率和反应平衡的共同影响,呈先增加后减小的趋势。     

生物质化学链气化制取合成气模拟研究

利用Aspen Plus软件建立生物质化学链气化制取合成气模型,对铁基生物质化学链气化制取合成气进行模拟计算,分析气化过程中温度和压力等因素变化对生物质气化制取合成气的影响,探讨了氧载体存在对生物质气化过程的影响.结果表明,H2和CO是生物质化学链气化产生的合成气中最主要的两种产物,气化温度的提高对气化过程是有利的,而压力的提高降低了气化效果,气化温度在800℃～850℃较为适宜;载氧体的存在能显著提高合成气的产率.     

生物质气化制富氢合成气的研究进展

生物质气化制取富氢合成气因其原料的清洁可再生性、产物应用方式的多样性被认为是最具发展前景的制氢方式之一。催化剂对调控生物质气化产物组成及焦油的裂解具有重要作用。本文综述了化石能源制氢、水分解制氢和生物质制氢方法,分析了生物质气化制氢的优势和局限性,以及存在的问题;重点介绍了生物质气化制氢的影响因素(气化剂、反应温度和催化剂)和用于生物质气化的主要催化剂种类(镍基、白云石和碱及碱土金属催化剂)及其特点,分析国内外生物质气化制取富氢合成气和催化剂的研究现状,探讨了催化气化制取富氢合成气的发展前景,提出有待解决的问题和研究方向。     

生物质空气-水蒸气催化气化制氢技术

生物质气化技术已在国内外得到广泛的开发和运用,但由于燃气品质较差,焦油较多,限制了生物质气化气的进一步利用。利用生物质制氢可以实现二氧化碳归零排放,从根本上解决化石能源消耗带来的温室效应问题,已引起世界各国研究者的普遍兴趣。本文介绍了生物质催化气化制氢概况,讨论了在气化过程中发生的主要化学反应以及影响可燃气中氢气含量的主要因素,进而给出了生物质催化气化制氢的典型流程。     

水蒸气纯氧条件下合成气燃烧特性

水蒸气纯氧燃烧技术因具有高效零污染物排放的特点而备受关注,对合成气在水蒸气纯氧条件下的燃烧特性进行了实验研究。在扩散燃烧实验台上测量了H₂O/O₂为2.0时,燃烧室中心气体成分和火焰温度随停留时间的变化规律,分析了过量氧气系数对合成气水蒸气纯氧燃烧过程的影响。研究结果表明:过量氧气系数为0时,H₂和CO的燃烧主要在前28 ms内,H₂的燃烧速率较快,能够快速燃尽;CO燃烧较慢,燃烧室出口含量依然很高。过量氧气系数从0增大到10%时,CO的浓度整体降低,燃烧速率提高,燃烧前期火焰温度提高。燃烧室出口CO浓度随过量氧气系数的增加逐渐降低,氧气微过量时CO浓度迅速下降,继续增大时,燃烧室出口CO的浓度下降缓慢。     

松木屑与废橡胶化学链共气化特性试验

在自行设计的两级固定床反应器上,对以天然贫铁矿石为载氧体的松木屑与废橡胶化学链共气化特性进行了研究。考察了载氧体的存在、废橡胶掺混比例、一级反应器温度、水蒸气流量等因素对生物质化学链共气化过程的影响。结果表明：载氧体的存在能显著改善气化效果;掺混一定量的废橡胶可以显著提高低位热值和碳转化率,并且呈现协同效应。本试验中最佳的废橡胶掺混比例为20%;共气化过程中的产气率、碳转化率均随温度的增加（750～950℃）而逐渐升高,但热值随温度的升高而有所下降;水蒸气流量的增加能显著提高合成气中H₂的含量,进水流量保持在0.66g/min时,能实现生物质共气化过程产气率、碳转化率、低位热值等各项指标的最佳平衡。通过扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）等表征分析,发现天然贫铁矿石在长时间运行中表现良好的反应性和耐磨损性。     

Bamboo-like N-doped carbon nanotubes encapsulating M(Co,Fe)-Ni alloy for electrochemical production of syngas with potential-independent CO/H2 ratios

The electrochemical conversion of CO₂-H₂O into CO-H₂ using renewable energy is a promising technique for clean syngas production. Low-cost electrocatalysts to produce tunable syngas with a potential-independent CO/H₂ ratio are highly desired. Herein, a series of N-doped carbon nanotubes encapsulating binary alloy nanoparticles (M_xNi-NCNT, M= Fe, Co) were successfully fabricated through the co-pyrolysis of melamine and metal precursors. The M_xNi-NCNT samples exhibited bamboo-like nanotubular structures with a large specific surface area and high degree of graphitization. Their electrocatalytic performance for syngas production can be tuned by changing the alloy compositions and modifying the electronic structure of the carbon nanotube through the encapsulated metal nanoparticles. Consequently, syngas with a wide range of CO/H₂ ratios, from 0.5:1 to 3.4:1, can be produced on M_xNi-NCNT. More importantly, stable CO/H₂ ratios of 2:1 and 1.5:1, corresponding to the ratio to produce biofuels by syngas fermentation, could be realized on Co₁Ni-NCNT and Co₂Ni-NCNT, respectively, over a potential window of –0.8 to –1.2 V versus the reversible hydrogen electrode. Our work provides an approach to develop low-cost and potential-independent electrocatalysts to effectively produce syngas with an adjustable CO/H₂ ratio from electrochemical CO₂ reduction.     

甲烷及水蒸气对生物质催化气化合成气和焦油的影响

以松木木屑为生物质原料,在两段式反应器上进行甲烷、水蒸气对生物质催化气化影响的实验研究,考察了甲烷与生物质之比α、水碳比S/C对气体产率、碳转化率、焦油产率、焦油组分和露点温度影响的变化规律。结果表明：α从0增加到0.4,合成气中H₂的产率增加了57.4%,甲烷的加入有利于生成富含氢气的合成气;α为0.2时碳转化率最高,为86.9%,焦油产率下降了30.5%,第二、五类焦油的产率达到最低,可见适量CH₄的添加能促进焦油的转化,特别是大分子焦油和酚类的反应。随着S/C的提高,H₂产率升高,CO产率降低;S/C从1增加到1.5,各类焦油的含量均有所降低,当S/C进一步增加到2时,第二、五类焦油含量却有所上升,说明水蒸气可以促进焦油向气体分子转化的反应,但过量的水蒸气抑制酚类和大分子焦油的分解。总之,甲烷和水蒸气的适量添加均可以提高合成气中H₂的含量,降低焦油产率,提高合成气的品质,有利于气化产物的进一步利用。     

水蒸气/氧流化床两段煤气化制备低焦油合成气工艺实验

由下行床热解和提升管（或输送床）气化组合形成的流化床两段气化将煤气化反应过程解耦为煤热解和半焦气化两个反应阶段,热解产物完全进入气化反应器,利用其中的高温环境和输送的半焦催化作用分别实现焦油的热裂解与催化裂解,完成低焦油气化。利用该流化床两段气化的10 kg/h级实验室工艺实验装置,以榆林烟煤为原料、水蒸气/氧气作为气化剂,变化过量氧气系数ER、蒸汽炭比S/C、热解及气化温度等参数,研究水蒸气/氧流化床两段煤气化制备低焦油合成气的特性。结果表明,流化床两段气化系统可实现稳定运行（实验3 h以上）,在ER=0.36和S/C=0.15时,热解和气化的代表温度分别稳定在735℃和877℃,合成气的CO、CO₂、H₂、CH₄、C _n H _m 和N₂含量分别为14.33%、10.07%、18.39%、9.89%、1.82%和45.50%,相应的合成气产量达到1.8 m³/kg,低位热值8.99 MJ/m³,焦油含量0.437 g/m³,展示了制备低焦油合成气的技术特征。对于实际的长时间连续运行,更高的气化温度将使流化床两段气化具有更好的低焦油特性。     

Innovative steam methane reforming for coproducing CO-free hydrogen and syngas in proton conducting membrane reactor

Steam methane reforming (SMR) is a commercial process to produce syngas. Normally, the as-produced syngas is characterized by a H₂/CO ratio of 3. However, such H₂/CO ratio is unsuitable for Fischer–Tropsch synthesis. The hydrogen obtained by subsequent upgrading of syngas usually contains residual CO, which readily deactivates Pt electrocatalysts in fuel cells. Here we report an innovative route by coupling SMR with H₂ removal in a proton conducting membrane reactor to coproduce syngas with a preferable H₂/CO ratio of 2 and CO-free H₂ on opposite sides of the membrane, which can be directly used for Fischer–Tropsch synthesis and fuel cells, respectively. Notably, H₂ is in-situ extracted by the membrane that only allows the permeation of H₂ as protons through the oxide lattice with infinite selectivity, and thus the obtained H₂ is CO-free. This work could provide an alternative option in one-step conversion of methane into two inherently separated valuable chemicals.     

水蒸气/氧流化床两段煤气化制备低焦油合成气工艺实验

由下行床热解和提升管（或输送床）气化组合形成的流化床两段气化将煤气化反应过程解耦为煤热解和半焦气化两个反应阶段,热解产物完全进入气化反应器,利用其中的高温环境和输送的半焦催化作用分别实现焦油的热裂解与催化裂解,完成低焦油气化。利用该流化床两段气化的10 kg/h级实验室工艺实验装置,以榆林烟煤为原料、水蒸气/氧气作为气化剂,变化过量氧气系数ER、蒸汽炭比S/C、热解及气化温度等参数,研究水蒸气/氧流化床两段煤气化制备低焦油合成气的特性。结果表明,流化床两段气化系统可实现稳定运行（实验3 h以上）,在ER=0.36和S/C=0.15时,热解和气化的代表温度分别稳定在735℃和877℃,合成气的CO、CO₂、H₂、CH₄、C _n H _m 和N₂含量分别为14.33%、10.07%、18.39%、9.89%、1.82%和45.50%,相应的合成气产量达到1.8 m³/kg,低位热值8.99 MJ/m³,焦油含量0.437 g/m³,展示了制备低焦油合成气的技术特征。对于实际的长时间连续运行,更高的气化温度将使流化床两段气化具有更好的低焦油特性。     

胜利褐煤水蒸气气化制富氢合成气及其固有矿物质的催化作用

利用微型固定床反应装置,研究了内蒙古胜利褐煤水蒸气气化过程中H₂、CO₂、CO和CH₄生成规律及其固有矿物质的催化效应。原煤(SL-raw)、盐酸洗脱(SL-HCl)、氢氟酸洗脱(SL-HF)及盐酸洗脱液回添煤样(SL-HCl-Re)在水蒸气气化反应过程中,H₂、CO₂和CO生成速率存在明显差异,充分说明胜利褐煤中某些固有的矿物质对其水蒸气气化反应具有显著的催化作用,可大幅度提高其气化反应速率,并使其起始气化温度降低96℃,气化反应主体温度降低150℃以上,同时促进了合成气中H₂生成,抑制了CO的生成,使胜利褐煤水蒸气气化反应过程中一直维持着较高的H₂/CO摩尔比,SL-raw、SL-HCl-Re水蒸气气化所得合成气中H₂/CO摩尔比分别为17.3和4.3,而SL-HCl和SL-HF水蒸气气化所得合成气中H₂/CO摩尔比均只有1.22。SL-HCl和SL-HF水蒸气气化生成H₂、CO₂和CO的规律基本相同,说明起催化作用的物质是可溶解在盐酸洗脱液中的矿物质。经过分析,发现矿物质对胜利褐煤水蒸气气化反应的催化作用主要是通过提高水煤气变换反应(WGSR)速度实现的。最后结合文献报道提出了胜利褐煤水蒸气气化反应过程中矿物质的原位催化机理。