CO2气氛下生物质气化制氢的数值分析

生物质气化制氢有重要的工业应用价值,本文采用ASPEN PLUS软件数值模拟了稻壳在流化床中的气化过程。本次模拟运用吉布斯自由能最小化原理,选择RGibbs和RYield模块,采用CO2作为气化剂,计算获得了气化温度、CO2质量流量、CO2和稻壳质量比和碳转化率对产氢率的影响规律。结果表明：在CO2质量流量为200kg/h时,H2的生成率高达43%。随着CO2/B增加,CO和CO2体积分数逐渐升高,CH4体积分数下降,H2体积分数在不同的气化温度下趋于平稳（600~700℃）或下降（800~1000℃）。随着气化温度升高,碳转化率增加;随着CO2和稻壳质量比的升高,碳转化率下降。     

水蒸气气氛下生物质热解制取富氢气体试验研究

以水蒸气为流化气在鼓泡流化床中进行木屑的热解特性研究,考察一些主要参数[如热解温度、生物质颗粒粒径、水蒸气/生物质(S/B)]对产气率和目标气体(H2,CO)产率的影响.试验结果表明,提高热解温度和降低生物质颗粒粒径有利于气体的产生;在热解过程中加入水蒸气,能提高气体产率,但是水蒸气的引入量有一个最佳值.本试验中产气率和H2,CO的产率都随着S/B的增加先上升后降低,适宜的S/B为2～2.5.     

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。     

生物质富氧——水蒸气气化制氢特性研究

以一个鼓泡流化床为反应器,对生物质富氧—水蒸气气化制取富氢燃气的特性进行了一系列的实验研究。通过对试验数据的分析,探讨了主要参数温度、水蒸气/生物质(S/B)和氧浓度对气体成分、氢产率和潜在产氢量的影响。结果表明:在3个主要参数的变化范围内,氢产率和潜在氢产量受温度的影响最大:当温度从700~900℃时,每千克生物质氢产量从18g增加到了53g,每千克生物质潜在氢产量从71.6g增加到了115.6g。     

生物质水蒸气气化制氢模拟研究

利用ASPEN PLUS软件建立了生物质水蒸气气化制氢模型,对各种影响因素进行了深入分析。结果表明:随着碳转化率的增加,H2浓度略有降低,H2产量大幅增加,在碳转化率为1时达到最大值142.54 g/kg;随着水蒸气/生物质质量比的增加,H2浓度和产量大幅增加,而后趋于稳定,水蒸气/生物质质量比取2比较适宜。适当的升温和低压对制备H2有利,在加压条件下,H2浓度与产量达到最大值的温度升高。     

中药渣水蒸气气化制备合成气研究

以中药渣为原料进行水蒸气气化实验,研究气化温度、水蒸气与生物质质量之比(S/B)对产气流量、气体产率、产气组分、碳转化率、燃气热值以及气化效率的影响。研究结果表明:气化温度的升高能够促进气化反应的进行,提高产气品质和气化效率;一定量的气化剂水蒸气可提高气化效率,但是过量的水蒸气会影响气化效果;气化温度为800℃,S/B为1.0时,气化效果最佳,气化效率高达72.91%;中药渣具备良好的水蒸气气化特性。研究结果可为中药渣资源利用提供理论参考。     

CaO对松木锯末水蒸气气化过程的影响

采用CaO在生物质气化过程中通过吸收CO2促进产氢的方法,对生物质松木锯末进行水蒸气气化实验研究。分析了CaO、水蒸气、温度和停留时间对产气组分的影响。实验结果表明:添加CaO能显著提高产氢量。当Ca/B0.5时,产氢量随着Ca/B的增加而显著增加,当Ca/B0.5后,产氢量略微下降。添加CaO后促进了水煤气反应的进行。当温度高于800℃时,添加CaO后,生物质气化挥发分释放阶段与半焦气化阶段出现了重叠,半焦气化反应提前发生。随着温度和停留时间的延长,H2浓度逐渐升高,且在较长时间内维持在较高的浓度。     

城市生活垃圾原位水蒸气气化制氢研究

在固定床反应器中对城市生活垃圾进行原位水蒸气气化制氢研究,考察了加热方式、反应温度以及含水率对城市生活垃圾原位水蒸气气化特性的影响。结果表明,快加热方式有利于提高燃气品质和降低焦油含量;随着反应温度的增加,气体产物含量增加,焦油含量和半焦含量下降,气体组分中H2和CO含量升高,碳转化率从30.49%增加到56.79%;当城市生活垃圾含水率为39.45%时,产气品质最高,气体成分中H2含量达到最高值25.8%,气体的低位热值达到17.02 MJ/m3;温度升高和蒸汽引入能改变半焦产物的表观形貌,并能提高半焦产物的BET以及灰分含量。     

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.     

生物质水蒸气气化利用过程数学模型的建立

分析了甘蔗渣的水蒸气气化过程,基于气化过程的物料平衡和化学平衡关系,建立了一种生物质气化过程的数学模型。用该模型模拟计算甘蔗渣在水蒸气氛围下气化后的气体成分,计算结果与试验数据基本相符,尤其在温度950℃之后,计算值和测量值更接近。以甘蔗渣和木薯渣为例,研究该气化模型的特性。甘蔗渣和木薯渣水蒸气气化的最佳水蒸气/燃料值(S/B)分别为0.3和0.2。气化气组分和气化效果随温度和S/B变化的结果表明:提高温度有利于气化反应的进行,提高S/B,可以增加气体产率,气体热值有所降低。     

生物质一步制氢的热力学分析及实验研究

根据最小吉布斯自由能理论,采用ASPEN模拟软件,计算分析了生物质一步制氢过程中,温度、压力、汽碳比以及钙碳比对气化过程的影响,并对该制氢过程进行了实验研究。研究结果表明,随气化温度的升高,气体产物中氢的含量增加;生物质一步制氢比较适宜的气化压力约为2.0MPa;在最佳的压力范围内,钙碳比合适的比例为2.0;高的汽碳比可以抑制甲烷的生成,但其值大于5后其影响明显减弱。对不同种类的生物质的实验研究表明:种类广泛的生物质,均能在该文确定的条件下实现一步制氢和二氧化碳等的同步脱除。     

生物质流化床气化制取富氢燃气的研究

以流化床为反应器，对生物质空气-水蒸汽气化制取富氢燃气的特性进行了一系列实验研究。在本实验中，气化介质(空气)从流化床底部进人反应器，水蒸汽从进料点上方通人反应器。在对实验数据进行分析的基础上，探讨了一些主要参数如：反应器温度，水蒸汽／生物质比率S／B(Steam／Biomass Ratio)，当量比ER(Equivalence Ratio)以及生物质粒度对气体成分和氢产率的影响。结果表明：较高的反应器温度，适当的ER和S／B(在本实验研究中分别为0．23，2．02)，以及较小的生物质颗粒比较有利于氢的产出。最高的氢产率：71gH2／kgbiomass是在反应器温度为900℃，ER为0．22，S／B为2．70的条件下取得的。     

生物质超临界水气化制氢反应建模及数值模拟

建立了管式反应器中生物质超临界水气化制氢反应的数学模型,同时提出了以葡萄糖做为生物质模型化合物的全局气化反应动力学模型。模型计算结果与实验值的比较表明该模型能较好的预测反应器出口温度与气体产物组份分布。利用该模型数值模拟计算得到了反应器中温度场、速度场基本情况以及化学反应速率分布的基本规律。该文通过计算还讨论了反应器入口水温、反应器壁温以及物料和预热水之比对反应器内气化反应的影响,得出一系列重要结论。该模型对生物质超临界水反应器系统的优化设计与化学反应最佳工况的选择有一定的实用价值。     

串行流化床生物质气化制氢试验研究

基于串行流化床生物质气化技术,以水蒸气为气化剂,在串行流化床试验装置上进行生物质气化制氢的试验研究,考察了气化反应器温度、水蒸气/生物质比率(S/B)对气化气成分、烟气成分和氢产率的影响。结果表明:在燃烧反应器内燃烧烟气不会串混至气化反应器,该气化技术能够稳定连续地从气化反应器获得不含N_2的富氢燃气,氢浓度最高可达71.5%;气化反应器温度是影响制氢过程的重要因素,随着温度的升高,气化气中H_2浓度不断降低,CO浓度显著上升,氢产率有所提高;S/B对气化气成分影响较小,随着S/B的增加,氢产率先升高而后降低,S/B的最优值为1.4。最高氢产率(60.3g H_2/kg biomass)是在气化反应器温度为920℃,S/B为1.4的条件下获得的。     

生物质制氢技术的研究现状与展望

在分析各种可能的制氢途径基础上,总结了生物质制氢的各种技术尤其是热化学转化技术优缺点,重点介绍了笔者设计的生物质快速热解-催化蒸汽重整制氢实验系统,同时介绍了制氢常用的催化剂。通过对比分析,指出了生物质催化热解-气化制氢是很有前景的一种制氢方法。     

木屑/CaO与水蒸汽连续气化制氢的实验研究

搭建了可实现在定压条件下连续给料的实验台.实验结果表明,温度为923K,当压力大于1MPa时连续气化反应能够持续地进行;923K,2.0MPa时系统运行平稳后生成气体成分中H2和CH4的含量可达到92%,其中H2为79%.再增大压力,氢含量比率有所下降,但碳转化率略有增加,即产气量略有增加.压力低于1MPa时,CO2的吸收并不理想,产物中CO2含量较高,当压力达到2.0MPa后,CO2吸收已较充分,再增加压力,CaO、Ca(OH)2吸收CO2形成CaCO3反应受压力影响较小.     

生物质催化气化制取富氢气体实验研究

以麦秸为对象,采用管式气化炉进行生物质蒸汽气化制取富氢气体实验研究.在非催化气化实验基础上,选取NiO、纯Fe粉以及橄榄石(FeMg)2:SiO4这3类催化剂来提高氢含量.实验结果表明,气化反应温度在700～950℃范围内,氢体积浓度达到45%以上,添加Fe时达到了60%以上.非催化时,氢产率达到60g/(kg麦秸);添加催化剂时,Fe粉催化效果最好,最大产氢率达到119g/(kg麦秸);NiO次之,相比非催化时可提高40%;而橄榄石催化作用明显低于前两者.另外随着气化温度提高,3种催化剂的催化作用均增强.     

生物质流化床催化气化制取富氢燃气

以流化床和固定床为反应器，以制取富氢燃气为目标，对生物质催化气化进行了研究。实验所用催化剂为白云石和镍基催化剂。白云石作为流态化催化剂在流化床内使用；镍基催化剂在流化床出口的固定床反应器内使用。重点研究了不同固定床反应条件对气体和氢产率的影响。固定床反应条件为：温度，650～850℃，催化剂质量空速，2．68～10．72h^-1。在催化反应器出口，H2体积平均含量超过50％，CH4含量降低50％左右，C2组分降低到1％以下。在实验条件范围内，最高气体产率可以达到3．31Nm^3／kg biomass，最高氢产率可达到130．28g H2／kg biomass，对镍基催化剂350min的寿命测试表明，该系统具有较稳定的操作性能。     

超临界水中木质素/CMC催化气化制氢

在间歇式高压反应釜中,以碱性化合物K_2CO_3和Ca(OH)_2以及Ru/C为催化剂,对木质素在超临界水中的气化制氢特性进行了实验研究。结果表明:3种催化剂都有较好的催化作用,其中Ru/C的效果最佳,几种催化剂混合使用的效果要比单独一种催化剂使用时好,但是其提高的幅度不很明显。另外,随着温度的升高,H_2和CH_4的产气量以及氢转化率等都相应的升高。