生物质气化焦油处理技术的最新研究进展

生物质气化是目前常见的生物质能转换技术,其过程中产生的焦油不但会降低气化燃气的利用价值,而且对气化设备以及人和动物具有极大的危害性。从焦油的特性出发,论述了几种焦油的控制方法:吸收分离焦油的方法—机械/物理方法,如洗涤器、旋风分离;裂解焦油的方法—催化裂解和高温裂解;条件控制的方法—操作参数法。比较了上述几种方法,指出不同焦油处理方法的优缺点及工程应用。     

生物质气化焦油采样系统的研究进展

介绍了国内外主要生物质气化焦油的采样方法和采样系统,总结了各自的特点,为研究焦油成分提供了参考。     

水蒸气热等离子体处理废焦油实验研究

采用自行研制的直流电弧水蒸气热等离子体炬,直接以废焦油溶液为工作介质,无需额外放电气源,通过发射光谱进行等离子体诊断,通过分析气态产物和液态产物,研究焦油处理后产物性质,探讨可能的反应机理。结果表明,含焦油的水蒸气等离子体气体温度为4 600 K,废焦油经水蒸气等离子体处理后,气态产物主要含有H₂、CO、CO₂、CH₄,其中以H₂、CO和CH₄为主的合成气含量高达67%以上。上述结果为高浓度废焦油的处理提供了一种新思路。     

直流电弧等离子体甲烷二氧化碳重整反应

采用一种简单结构的直流电弧反应器,在无催化剂存在的条件下,高效率地实现了毫秒级甲烷二氧化碳的重整反应,产物选择性好,并且在反应过程中几乎没有积炭生成。在恒定输入功率(170W)的条件下考察了气体总流量和二氧化碳/甲烷摩尔比对反应结果的影响。提高反应气体的输入能量密度可以提高甲烷和二氧化碳的转化率,并且能够有效地抑制副产物的生成。当二氧化碳/甲烷摩尔比为1时,二氧化碳转化率为89.8%,甲烷转化率为96.3%,氢气和一氧化碳的选择性分别为99.6%和99.3%。二氧化碳过量可显著促进甲烷的转化以及同时获得合成气的高选择性。采用比能耗对该过程的能量利用效率进行了分析,以期指导反应条件优化以提高过程的能量利用效率。     

生物质炭在焦油裂解脱除领域的研究进展

基于生物质焦油的组成特性、危害及其处理方法,简单介绍了生物质焦油催化裂解脱除的机理及近年来的研究进展,重点阐述了生物质炭对焦油的催化转化机理(主要涉及裂解、重整和缩合3种反应)、生物质炭对焦油的吸附和重整作用,以及在催化转化过程中,生物质炭的催化性能受原料、裂解温度、加热速率和停留时间等因素的影响.通过分析生物质炭改性...     

生物质气化过程中焦油的去除方法综述

生物质气化过程,最大难点就是在反应过程中会有焦油形成。焦油冷凝后会附着在反应体系中腐蚀设备,而且很难直接应用到后续过程中,因而必须尽量将焦油除去。去除焦油的方法大致可分为两类:物理法和热化学法。物理法虽然也能有效除焦,但焦油只是经历了相转换并没有真正除去,环境污染不可避免;热化学法不仅能将焦油从根本上除去,而且还能增加原料的转化率,对焦油的去除非常有效。本文着重介绍化学除焦法。     

一种新型生物质气化焦油分离器的实验研究

干法脱除焦油可以减小焦油的二次污染,根据焦油的物性和分离要求设计了一种适用于干法脱除焦油的新型的焦油分离器,该焦油分离器同时具有冷却降温促焦油冷凝析出和分离焦油液滴的作用。在生物质气化机组系统中对焦油分离器进行了性能实验,结果表明,作为二级焦油分离器,仍然具有较高的分离效率,最高分离效率可达78%左右,其压力降在允许范围内,满足工艺要求。焦油分离器具有结构简单、操作方便、运行可靠以及成本低等优点,有较高的实用价值和推广应用前景。     

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。     

生物质气化过程中焦油裂解的工业应用研究

针对生物质气化过程中产生的焦油,采用高温以及木炭催化的双重功效对其裂解进行了工业应用研究,并考察了一些操作参数的影响。实验结果表明,裂解操作温度控制在800℃以上时,对燃气中的焦油有明显的裂解作用。燃气通过焦油裂解炉后,燃气中夹带的飞灰得到了过滤,一方面降低了后序工序中燃气净化的负担,另一方面飞灰中未完全转化的碳得到进一步的转化,提高了碳的转化率,从而为生物质能的利用开辟了更广阔的前景。     

旋转滑动弧降解垃圾气化焦油组分中的萘

采用新型磁场和气流协同驱动旋转滑动弧等离子体,选取萘作为垃圾气化焦油模拟组分,在氮气气氛下开展了焦油裂解初步实验研究。重点考察了进样浓度、进气流量和预热温度对萘裂解效果及气体产物的影响;此外,采用气相色谱质谱联用仪（GC/MS）对液体副产物进行了表征。结果表明,当进气流量恒定时,随着进样浓度的提高,萘的降解率先升后降,在萘浓度为6mg/L时降解率达到最大值88.3%;随着进气流量从2L/min增加到12L/min,萘的降解率持续下降,由92.1%降至82.5%;提高预热温度可促进萘的降解。实验产生的主要气体产物为H₂和C₂H₂,其选择性与萘的降解率变化趋势基本一致,最高分别为44.0%和13.7%;液体副产物主要有苯乙炔、茚、苊烯等,其GC/MS峰面积比萘低2~3个数量级;在此基础上,对滑动弧反应区域中萘的降解路径及机理进行了初步探讨与分析。     

Treatment of biomass tar by CO2 plasma

The tar produced in the process of biomass gasification would not only corrode the pipelines and equipment, but also reduce the efficiency of biomass gasification. Traditional methods, such as physical treatment and thermal cracking, have deficiencies which severely restrict their application. This article achieved efficient transformation (carbon yield >90%) from benzene and naphthalene, regarded as model compounds of biomass tar, to syngas using CO₂ plasma on self-designed rotating arc plasma torch, proving the feasibility of CO₂ plasma treatment of biomass tar. Further analysis on the composition of practical biomass tar and the investigation of biomass tar gasification were carried out. Water content in biomass tar could be used as gasification agent and control the H₂/CO scale (0.3—1). The above results provide new ideas for the development of biomass tar harmlessness and resource utilization technology.     

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。     

整体式新型生物质气化催化反应器的实验研究

在现有生物质气化反应器及焦油处理方法的基础上,开发出一种整体式新型生物质气化催化反应器,并对该反应器进行相关的实验研究。实验研究结果表明:当木粉进料速率为6.48 g/min,空燃比RE为0.23,气化温度在500—670℃,这种整体式新型生物质气化催化反应器内有、无催化剂时对木粉气化产生的燃气中焦油的含量以及气体组分有明显影响;当采用钴与氧化钴的质量分数为20%,氧化钙的质量分数为80%的钴基催化剂作为焦油裂解催化剂,裂解温度为800℃,标态下体积空时为1.8 s的情况下,燃气中夹带的焦油可完全被催化裂解,同时燃气中的气体成分氢体积分数可从无催化剂时的15%提高到有催化剂时的35%,净提高20%。同时也对使用前后的钴基催化剂进行了XRD表征分析,发现氧化钙在生物质气化过程中具有一定的CO2捕集能力。     

CO_2旋转弧等离子体炬煤气化制取合成气

为开发CO_2旋转弧等离子体煤气化来制取合成气技术,实验考察了国内四种煤粉的煤粉挥发分含量、CO_2气量以及不同进料比下对于气化过程的影响。实验结果表明,气化结果与煤粉的挥发分含量有着明显的正相关关系,挥发分含量越高,越有利于煤粉气化,产品气中CO与H_2的体积含量可超过93.5%。随着CO_2气量的增加,CO含量增大,而H_2含量则随之减少,碳转化率最高可以达到86.1%。在不同的CO_2与煤粉进料比情况下,H_2含量随着反应器输入功率的增大会出现峰值。当进料比为18.7时,能量转化效率可以达到最高的71.6%。与普通煤气化过程相比,等离子体煤气化过程具有更高合成气含量以及碳转化率,是一种具有工业应用前景的煤炭清洁高效利用手段。     

生物质气化焦油裂解用颗粒催化剂的再生性能

为开发适用于生物质气化焦油裂解的多孔白云石颗粒催化剂,以乙酸为生物质气化焦油的模型化合物,讨论了积炭对多孔白云石颗粒催化能力以及再生性能的影响。结果表明,在积炭率0～4.4%时,多孔白云石颗粒的催化能力随积炭率呈线性下降。当积炭率从0增加到4.4%时,颗粒的孔隙率从0.74 cm³·g^-1减小到0.48 cm³·g^-1,乙酸裂解率从99.3%降至32.3%。采用900 ℃和2 h焙烧法对积炭多孔白云石颗粒进行再生处理后,多孔白云石颗粒的强度基本不变,孔隙率增至0.55 cm³·g^-1。在再生多孔白云石颗粒上,乙酸裂解率达到99.5%。多孔白云石颗粒催化剂具有良好的再生性。