水蒸气气氛下生物质与聚丙烯共气化产气特性数值分析

搭建生物质与废塑料共气化动力学模型,并用实验数据对其进行验证。选用6种生物质和聚丙烯作为共气化反应物,以水蒸气为气化剂,计算气化温度在300～1000℃之间、气化压强在0.1～0.8 MPa之间、聚丙烯和松木锯末质量比例在0.5～2.5之间,以及不同生物质类型等对生物质和聚丙烯共气化产气特性的影响。结果表明：松木锯末气化中添加聚丙烯后,最高产气量和最大产气速率增加,最高产气总流量提高21.46%,最高产气速率提高4.64%,H₂和CO最高产量分别提高54.27%和79.51%;压强增加不利于提高共气化产气的H₂和CO含量,有利于提高CH₄含量;6种常见生物质和聚丙烯共气化产氢量大小顺序为：果皮>棉花秆≈玉米秸秆>杨树木屑>稻秆>条浒苔;聚丙烯掺混比率增加有利于提高H₂、CO和CH₄等组分产量。     

基于AuMgO@TiO2球壳的光热协同反应耦合集热研究

实验室前期搭建太阳能有序转化系统，利用太阳辐射高频波段合成碳氢燃料，低频波段转化为高品质热能。基于该系统，制备Au和MgO负载的TiO₂球壳材料，进行光热协同反应转化CO₂和H₂O，同时结合集热层利用导热油集热，结果表明，H₂、CH₄、CO产量分别为30.1、3.2、30.9μmol/g，系统集热效率可达39.85%。实验结合表征显示，球壳结构、Au和MgO共负载可提高材料光吸收，增强光热性能，降低电子空穴对复合率，产生氧空位，促进光热协同反应还原CO₂。     

玉米秸秆循环流化床热解气化试验

采用循环流化床气化中试装置对玉米秸秆进行了气化试验,分别在常温空气与250℃预热空气条件下,研究了空气当量比（ER）和原料含水率对气化特性的影响规律。结果表明：随着ER的增大,循环流化床气化炉内的反应温度升高,气化燃气中的CO₂含量增加,焦油与CO含量及燃气热值降低,气化效率随ER的增大呈先增大后减小的趋势;随着气化原料含水率的增加,循环流化床气化炉内的平均温度下降,燃气中的CO₂与H₂及焦油含量逐渐升高,CO含量下降,CH₄与C_nH_m含量均为先增加后减少。与常温空气工况相比,预热空气工况下的燃气热值与气化效率均有一定程度的提高。采用预热空气为气化介质,提高气化剂温度,可显著促进玉米秸秆的气化反应,提升气化效率。     

碳酸盐中CO2气化生物质制合成气

以杉木屑为原料,CO₂为气化剂,熔融碳酸盐Li2CO3-Na2CO3-K2CO3(LNK)为热介质和催化剂进行气化制合成气(H2+CO)的研究,考察气化剂CO₂流量、CO₂通入方式、复合熔盐体系中添加的金属氧化物种类和Cr2O3含量等因素对气体产物组成分布及产率的影响。结果表明:CO₂流量显著影响气化反应的平衡;以鼓泡法通入CO₂时生物质的气化效果优于吹扫法的情况,CO₂流量为99.8 L/h时气化效果较好,合成气含量和产率分别达到61.4%和350.2 mL/g生物质;添加的金属氧化物中Cr₂O₃对生物质气化过程的促进作用优于MgO和Fe₂O₃,随着Cr₂O₃含量的增大,合成气含量先增大后略微减小,在Cr₂O₃含量为10.0%时最高,为67.9%。     

梨木炭蒸汽气化制取富氢燃气的试验研究

生物质气化技术已得到广泛的应用,但气化过程产生的焦油会影响设备稳定运行。为了大幅减少焦油的干扰,以梨木的热解炭为原料,在管式炉中进行水蒸气气化制取富氢燃气试验研究,探究了反应温度、K₂CO₃添加量及利用次数对气化特性的影响。结果表明：900℃时H₂的产气量为2.19 L/g,合成气中H₂含量超过58%;K₂CO₃添加量为10%时产气效果最佳,此时合成气中H₂+CO含量达到了88.5%。当K₂CO₃催化剂在第三次利用时,仍有较好的催化效果。     

添加生物质气化气的选择性非催化还原研究

提出利用生物质气化气为选择性非催化还原技术（SNCR）反应的添加剂,并进行相应的反应动力学计算。计算结果表明生物质气化气作为添加剂可以提高低温条件下SNCR反应的脱硝效率。生物质气化气主要成分为H₂、CH₄和CO,其中H₂和CH₄对温度窗的作用明显,CO的效果较小。各种气体成分主要通过促进OH基元生成来促进相对较低温度下脱硝反应过程的进行。     

下吸式固定床的生物质H2O/CO2气化数值模拟研究

利用Aspen Plus 软件建立干桦木屑在下吸式固定床气化炉中的气化模型,模拟值与文献实验值吻合良好。利用Aspen Plus的灵敏度分析模块模拟分别以水蒸气（H₂O）和二氧化碳（CO₂）为气化剂时气化剂/生物质碳比（GC值）对气化结果的影响,并结合H₂O、CO₂各自的特点研究其复合气化。结果表明,H₂O气化时可获得富氢煤气,但其净CO₂排放量较高;CO₂气化时碳转化率及冷煤气效率较低,但净CO₂排放量较低;H₂O、CO₂复合气化使碳转化率及冷煤气效率略有降低,但可有效减少气化系统中的净CO₂排放量。     

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。     

下吸式固定床的生物质O2/CO2分段气化流程模拟

建立干桦木屑在下吸式固定床气化炉中的Aspen Plus气化模型,该模型预测煤气组成和煤气热值,与文献试验结果吻合良好。利用灵敏度分析模块模拟了氧碳比、CO₂/C对气化结果的影响,并提出O₂/CO₂分段气化流程,对比常规的CO₂气化特征,分析了CO₂/C对气化结果的影响。结果表明,纯氧气化时可获得高H₂和CO浓度的气化气,但其净CO₂排放量较高,氧碳比增加使碳转化率逐渐增加、冷煤气效率先增加后降低;CO₂作为气化剂时,随着CO₂/C的增加,净CO₂排放量逐渐减少,但碳转化率及冷煤气效率大幅降低;与常规CO₂气化相比,O₂/CO₂分段气化在保持低CO₂排放量的同时,可有效增加气化过程中的碳转化率及冷煤气效率。     

O2/CO2/H2O气氛下CO燃烧机理的分子动力学模拟研究

采用反应分子动力学(ReaxFF MD)模拟方法研究了O₂/CO₂/H₂O气氛下CO的燃烧。结果表明：根据化学平衡原理,高浓度CO₂抑制CO的氧化,同时CO₂在高温下参与反应CO₂+H—→CO+OH,进一步抑制CO氧化。在较低温度条件下,较高浓度H₂O的三体效应显著,抑制了CO氧化。另一方面,在较高温度条件下,H₂O参与的H₂O+H—→H₂+OH和H₂O+O—→OH+OH反应占据其化学作用的主导地位,进而促进CO氧化。随着O₂浓度的增加,CO的氧化速度加快。     

市政污泥循环流化床气化特性的模拟研究

运用Aspen Plus分析软件对市政污泥进行循环流化床气化模拟计算,分析了空气当量比、预热空气温度和污泥含水率对污泥气化特性的影响。结果表明：空气当量比对气化特性影响较大,在选定的污泥含水率下,最佳空气当量比在0.3左右;预热空气温度的提高可以提高气化温度和燃气热值;随着污泥含水率的升高,气体产物中CO₂、CH₄含量升高,燃气热值和气化温度明显降低,在流化床气化反应时干污泥含水率不宜高于20%。模拟研究结果可为污泥气化耦合燃煤发电工程方案提供一定的数据支撑和依据。     

光化学合成太阳能燃料的研究进展

光电转换、光热转换和光化学转换是太阳能利用的三种主要途径。近年来,太阳能燃料的研究已引起了人们的广泛关注。本文针对光化学合成太阳能燃料,简要综述了光解水制H₂及CO₂光化学还原为CO等燃料的研究进展,并展望了基于利用太阳能制取的H₂和CO进一步光费托合成碳氢燃料的前景。     

单釜间歇式生物质炭化热解设备的结构设计研究

针对当前生物炭生产设备仍以半机械化为主,生产连续性差、生产效率低、物料堆放松散不平、秸秆炭化不均匀等问题,提出一种生物质单釜间歇式炭化设备,通过选择热解参数以及热工计算,采用棉花秸秆原料进行炭化试验,获取现有技术条件下的炭化得率质量分数为45%,气体为CO₂（50.2%）、CO（28.1%）、H₂（7.2%）、CH₄（6.9%）和其他（7.6%）,其中CO、H₂、CH₄作为主要燃烧成分占气体总质量分数的42.2%,可实现设计目标、提高炭化得率。     

活化过程对呼图壁煤制备活性炭性能影响研究

以新疆呼图壁煤为原料制备活性炭,研究不同活化过程对活性炭性能的影响。根据煤样热重分析结果设计炭化过程,以制备优质炭化料,然后选择在不同活化过程下制得活性炭。试验结果表明,呼图壁煤制备的活性炭吸附性能及孔隙结构均较为优良,H₂O(g)活化温度的降低有利于制得吸附性能、孔容积与比表面积均较高的活性炭,而高温H₂O(g)活化可得到微孔孔径更为细小的活性炭。相比H₂O(g)活化,CO₂活化有利于制得综合性能更为优良的活性炭。KNO₃催化活化可显著减少活化时间,但不利于制得孔隙结构发达的活性炭。     

组分H2/CO的比例对合成气非预混射流火焰燃烧特性的影响

采用一种14组分37步简化机理模型、RNG k-ε湍流模型以及稳态层流小火焰(SLF)燃烧模型，研究了N₂稀释条件下组分H₂/CO的比例对合成气燃烧特性的影响。数值模拟结果表明：当组分H₂/CO的体积比从3:7变化至7:3时，合成气燃烧过程中生成的OH自由基浓度上升，燃烧位置向入口靠近；火焰燃烧峰值温度随H₂/CO体积比的增大而下降，火焰峰值温度所在位置向燃料入口靠近；火焰传播速度随H₂/CO体积比的增大而加快，燃烧反应在更短的距离和时间内完成。     

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。     

气化细渣和煤掺烧氮氧化物和二氧化硫排放特性研究

气化细渣热值低、水分高，难以独立稳定燃烧，因此通常将其和热值较高的燃料进行掺混实现燃烧利用。为研究气化细渣和煤掺烧过程中NO_x和SO₂的排放特性，利用管式炉燃烧污染物测试系统，在空气气氛下，使用不同比例的气化细渣和烟煤进行掺烧实验，对燃烧污染物的释放量进行实时监测，并计算燃烧污染物的释放总量。通过实验发现：温度是影响NO_x、SO₂排放量的重要因素，在高温工况下，NO、SO₂的释放量显著提高，NO₂、N₂O的释放量显著降低。燃料中挥发分的含量与NO₂、N₂O的释放量有着密切关系，煤中挥发分含量较高，NO₂、N₂O的释放量也相对较高。整体NO₂、N₂O的释放量远小于NO的释放量，NO_x排放以NO为主。随气化细渣掺烧比例增大，NO、SO₂释放量降低。因此，通过与煤掺烧...     

联合CO2捕集的生物质化学链气化制备合成气系统分析

本文提出以Fe₂O₃为载氧体、以CaO捕集CO₂的生物质化学链气化系统,利用Aspen Plus软件对该系统进行了模拟,以合成气组成（干基）、合成气氢碳比、含碳产物的碳摩尔分布、冷气效率及收率等为系统性能评价指标,重点分析了燃料反应器温度（T_FR）、载氧体Fe₂O₃与生物质碳摩尔比（Fe₂O₃/C）、水蒸气与生物质碳摩尔比（Steam/C）、CaO与生物质碳摩尔比（CaO/C）等系统参数对固体生物质化学链气化系统的影响。结果表明,在T_FR = 825℃、Fe₂O₃/C = 0.5、Steam/C = 0.71和CaO/C = 0.26条件下,合成气制备系统性能较优,合成气中H₂和CO₂含量分别为55.2%和15.4%,氢碳比为1.93,冷气效率为78.2%,被CaCO₃捕集的生物质碳为18.2%,收率（湿气基）为1.95 Nm³/kg_biomass,其中合成气中H₂和CO收率为1.24 Nm³/kg_biomass。     

CuO载氧体对煤化学链燃烧中汞迁移的影响

研究了在“CuO+煤”、“SiO₂+煤”、“煤”实验中燃烧和汞迁移规律。结果表明：在化学链燃烧还原反应器中载氧体与煤反应后,主要气体组分为CO₂,并含有少量CO、CH₄、H₂等挥发物;汞在还原反应器中主要以单质汞(Hg⁰)的形式进行释放,“CuO+煤”实验中Hg⁰释放量占总汞量的22.6%,远低于对照组;CuO促进了燃烧过程中汞迁移至载氧体形成颗粒态汞(Hg^P),CuO载氧体表面的O_α有利于汞转化吸附于载氧体表面,形成吸附态的HgO,一部分CuO被还原时,暴露的吸附位点较多,有利于Hg⁰的氧化。     

O2/N2和O2/CO2气氛下煤半焦-生物质的混燃特性及影响因素

为掌握煤半焦与生物质在O₂/N₂和O₂/CO₂条件下的混燃特性及其影响因素,采用全自动物理化学吸附仪获得了煤半焦-生物质混合燃料的孔隙结构,采用热重实验分析了两种燃料的混燃特性和反应动力学,通过多元线性回归法研究了燃料比、比表面积与混燃特性参数之间的关系。结果表明,O₂/N₂气氛下,掺混生物质可改善煤半焦的着火、燃尽及综合燃烧特性;O₂/CO₂气氛下,掺混生物质能改善煤半焦的着火特性,但会延迟其燃尽。混燃的活化能在低温区和高温区有显著差异,生物质掺混比增大,两个温区的活化能都降低;两种气氛下,低温区的活化能相近,但O₂/CO₂气氛下高温区的活化能显著高于O₂/N₂气氛下的。O₂/N₂气氛下孔隙结构对燃烧特性的影响更显著,而O₂/CO₂气氛下...