生物质与煤流化床共气化特性研究进展

主要从生物质气化特点、共气化对流化特性及气化特性的影响方面综述了生物质与煤流化床共气化技术的优势,重点讨论了生物质加入对煤气化中燃气组成、热值、气体产率、气化效率、碳转化率和焦油含量等气化特性的影响规律及其协同效应机理,为生物质与煤共气化技术的研发提供重要理论基础。     

煤与生物质流化床共气化的研究进展

煤与生物质共气化弥补了生物质单独气化和煤单独气化的不足,对缓解环境压力、实现能源的可持续发展意义重大。在概述煤与生物质流化床共气化特性的基础上,对二者共气化之间的协同效应机制进行了归纳,综述了生物质的加入对煤灰熔融特性的影响;提出了煤与生物质共气化仍需进一步研究的方向。     

玉米秸秆与贫煤固定床内共气化的实验研究

在固定床内进行了氧气、二氧化碳和水蒸气混合气氛下贫煤与玉米秸秆共气化实验.实验分析了秸秆比例、温度及氧浓度对生成可燃气体组分及热值的影响.结果表明:秸秆的加入促进了CO和烃类的生成,抑制H_2的生成,而过量的秸秆会降低各产气组分及气体热值.CO和H_2分别在秸秆比例为0.2和0时达到最大,秸秆比例为0.2时气化热值最高.升高温度能促进气化反应,提高产气组分,而过高的温度抑制了C_nH_m的生成.氧浓度的提高能显著提高气体组分及产气热值,理想的氧浓度为0.2.载气中加入适量CO_2可提高产气热值.     

玉米秸秆循环流化床气化中试试验

玉米秸秆是农业生产过程中产生的剩余物,其热解气化是秸秆类生物质处理应用的重要选择方向。为此,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,研究空气当量比ER、原料含水率对反应温度、气化燃气组分与热值、气化效率及燃气中的焦油含量等气化特性影响规律,并通过改变进料量试验得到了在不同负荷运行条件下的优化工作参数。结果表明：①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的增大呈现先增大后减小趋势,较理想的ER为0.26,此时的气化效率达到70.2%、燃气热值为5.1MJ/m³;②原料含水率的增大降低了气化炉内的反应温度,当原料含水率在5%～15%之间逐渐增大时,燃气中的H₂含量、燃气热值及气化效率均有提升,当含水率由15%继续增大到25%过程中,燃气热值与气化效率均出现了快速下降;③根据气化炉额定进料量设计值,改变进料负荷在66%～120%范围内,调节ER在0.26～0.3时均可得到较好的运行工况,对应得到的燃气热值为4.8～5.1MJ/m³、气化效率为69%～72%。     

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。     

生物质与煤共气化特性研究

在热天平装置中研究了生物质焦、煤焦以及生物质焦与煤焦混合物的水蒸气气化特性.采用程序升温热重法对生物质焦(稻秆焦、高粱秆焦和玉米秆焦)、神木煤焦以及生物质焦与煤焦混合物进行了水蒸气气化实验.结果表明,生物质焦和煤焦在一定温度下的气化速率为:高粱焦＞稻秆焦＞玉米焦＞神木煤焦.并对三种生物质焦、煤焦、生物焦和煤焦混合物的水蒸气气化反应进行了动力学分析,分析认为,连续反应模型可以在一定程度上反应焦样的水蒸气气化反应动力学.     

煤半焦的流化床气化

煤半焦颗粒在硅石砂粒的流化床中,两种颗粒充分混合时燃烧很好,当氧浓度     

恒温下生物质与煤共气化特性研究

煤和生物质进行共气化不仅拥有煤和生物质单独气化的优点,还能够消除弥补煤与生物质分别气化时的缺点。在自行搭建的热重分析仪上进行了煤与生物质的共气化实验研究,研究了焦样粒径、CO2流量对气化反应的影响。研究了煤与生物质单独气化的特性,结果显示生物质的气化活性要高于煤;研究了煤与生物质共气化特性,发现在气化反应前期存在一定的抑制作用,气化反应后期存在协同作用。     

松木屑和褐煤流化床的共气化特性

在流化床上以空气-水蒸气为气化介质,对松木屑和褐煤的共气化特性进行了试验研究。在828～928 ℃范围内考察了生物质掺混比例、空气当量比（ER）和水蒸气-燃料比（S/F）对气化气成分、热值、碳转化率及气化效率的影响。结果表明,在生物质掺混比例为50%时,①随着ER值从0.2增加至0.35,CO2含量增加,CO、H2、CH4和CnHm含量减少,气化气热值、碳转换率、气化效率先增加后减少,在ER=0.26时达到最大;②在ER=0.26,S/F从0增加至0.44时,CO2含量增加,CO和H2含量先增加后减少,CH4和CnHm含量减少,气化气热值、碳转化率和气化效率先增加后减少。试验结果表明,在松木屑掺混比例为50%和褐煤共气化过程中,气化气热值最高可达7819 kJ/m3。     

玉米秸秆与神府煤低温共热解焦油产率特性影响研究

采用共混法将不同配比的玉米秸秆与神府煤混合后进行低温共热解实验,再用Fe2O3催化剂对其进行催化热解,以探索玉米秸秆对神府煤热解焦油的影响及Fe2O3催化剂对玉米秸秆和神府煤共热解的影响.结果表明:在相同反应条件下,玉米秸秆添加量过高,焦油产率下降,半焦产率升高,当玉米秸秆添加量为6％时焦油产率最高,可达12.77％,添加10％Fe2O3催化剂时共热解焦油产率可达14.69％.玉米秸秆与神府煤共热解所产生的焦油中C10以下的物质居多,占总物质的31.99％,高出原煤热解14.78％,其主要成分为苯类物质和苯酚类物质,相对质量分数分别为5.49％和19.48％,且还有醛类物质和羧酸类物质生成;在添加Fe2O3催化剂后,共热解焦油中C10以下的物质占总物质的45.72％,比玉米秸秆与神府煤共热解时高13.77％,苯类物质与苯酚类物质比玉米秸秆与煤共热解产生焦油中的同类物质分别提高了6.03％和7.14％,并产生了茚类物质和少量的二十二醇与烯烃,但其他长链烃类与多环芳烃的相对质量分数均有不同程度的减少.     

煤与生物质共气化及炭黑的生成特性

在1kg/h规模的常压流化床气化实验系统上,在850℃,900℃和950℃,n(O)∶n(C)分别为1.0,1.1,1.2,1.3和1.4,生物质的质量分数分别为20%和40%的条件下,对某地PRB煤和一种生物质(美国竹柳)的共气化特性进行了研究.结果表明:随着温度的升高,H_2含量(体积分数,下同)逐渐增加,CO和CH_4含量及Q_(HHV)(合成气热值)逐渐减少,合成气产量和碳转化率增加较多.随着n(O)∶n(C)的增加,CO,H_2,CH_4含量和Q_(HHV)呈下降趋势;合成气产量和碳转化率增加.随着生物质比例的增加,CO,H_2,CH_4的含量先减少后增加,Q_(HHV)增加较多,合成气产量和碳转化率增加.n(O)∶n(C)为1.0时的炭黑量要高于n(O)∶n(C)为1.3时的炭黑量.     

油页岩与玉米秸秆共热解特性研究

在固定床反应器中,研究了油页岩与玉米秸秆的共热解行为,利用红外和元素分析技术对油品进行比较。结果表明共热解对整体分解率与气产率有促进效果,油产率与玉米秸秆掺混比例有关。当玉米秸秆掺混比例小于等于30%,共热解提高了油产率、高位热值和H/C,抑制了氧含量,当掺混比例大于等于60%时结果相反,油品下降严重。在官能团分布中,共热解油中C=O浓度下降,O-H浓度上升,芳香类物质增加。     

煤催化气化研究进展与煤-纸浆黑液共气化

论述了煤催化气化研究领域中催化剂种类，催化气化反应机理及其反应动力学的现状，发展方向以及存在的主要问题。在此基础上结合纸浆黑液组成特性和处理现状，提出煤－纸浆黑液共气化设想。     

煤半焦的加压流化床气化

为了从煤制取低热值煤气,发展了一种单级加压流化床气化炉。煤半焦在860和950℃的温度、3.5和7公斤/厘米~2压力下,用空气—水蒸汽混合物进行气化。在950℃的较高温度下,为了避免灰结块,半焦在硅石砂粒的床层中进行气化。     

煤液化残渣萃余物与煤共气化的灰渣特性

与煤共气化是实现煤直接液化残渣萃余物(ER)资源化利用，提升煤直接液化工程整体经济性的重要途径。气化过程灰渣的流动性是影响气化操作条件的重要参数，利用灰熔点仪、高温旋转黏度计、XRD及SEM等测试手段考察了ER与煤共气化的灰渣熔融特性、黏温特性及晶体特性，并结合壳牌气化装置入炉煤配比和操作条件，从灰化学角度确定ER的最佳掺混比例及气化操作窗口。结果表明：ER属于高灰、高铁、高钙、高硫物质，且其灰成分偏碱性，随煤中ER添加量增大，掺混后的灰分、铁含量和硅铝比逐渐增大。当萃余物质量分数超8%,全液相温度T_liq降低，但萃余物添加量超20%时，熔渣类型从玻璃渣转变为结晶渣。XRD与SEM分析结果表明钙长石的析出造成熔渣类型改变，钙长石的析出主要是因为萃余物的添加使熔渣黏度降低，熔渣中团簇的扩散能力增强，有利于结晶行为。结合Shell气化炉的操作条件及对煤灰中铁含量的要求，当萃余物添加量为10%时，共气化熔渣适合气化炉排渣，对应的排渣窗口为1 335～1 557℃。该研究结果为ER与煤共气化提供指导，提高煤直接液化流程的经济性。     

鼓泡流化床准东煤与松木屑共催化气化过程中焦油的生成特性

生物质气化过程中产生的焦油不仅会影响产气热值，还会对下游管道和设备造成污染，影响可燃气的后续利用。利用催化气化工艺可有效降低气化气中的焦油质量浓度，结合煤与生物质共气化能够进一步降低焦油生成量。为获得准东煤与松木屑共催化气化过程中焦油的生成特性，借助鼓泡流化床气化炉实验装置，研究了床料种类(石英砂、白云石、煅烧白云石)、准东煤掺混比例(0,20%,40%,60%,80%,100%)、气化温度(650℃,700℃,750℃,800℃,850℃)、空气当量比(0.24,0.27,0.30,0.33,0.36)、表观气速(0.15 m/s, 0.18 m/s, 0.22 m/s, 0.26 m/s, 0.30 m/s)和气化原料粒径(347μm, 513μm, 715μm, 1 005μm, 1 440μm)对气化气中焦油质量浓度的影响。结果表明：与松木屑单独作为气化原料气化相比，准东煤的添加能够降低焦油质量浓度，并且不会对气化气品质造成较大影响；尤其是准东煤的掺混比例在0～40%的范围内增加时，气化气中的焦油质量浓度下降趋势明显，而CO和H₂的体积分数变化不大。与石英...     

小型流化床燃煤自供热煤催化气化特性研究

在内耐火衬式流化床中,采用负载不同碱金属及配比催化剂的煤粉为原料,研究了煤粉催化气化过程,探索了自热方式为催化气化过程提供足够反应热的可能性,获得了维持煤气化装置连续稳定运行的工艺条件。经实验研究发现,通过燃煤自供热可为催化气化过程提供所需的能量,并维持炉温在所需温度范围;添加碱金属催化剂后,煤粉对应的着火温度有明显降低,且钾盐对煤粉着火点影响比钠盐显著。同时,催化剂负载量存在一个最佳值;添加催化剂后,维持系统稳定操作的温度范围降低了100～200℃,控制炉温在低于该温度范围内操作,可有效减少结渣;负载催化剂后在较低的气化温度下可实现较高的碳转化率和气化效率,实现装置的连续稳定运行。燃煤自供热的流化床催化气化装置的构建及开发,将解决现有催化气化技术经济性不佳及工程放大难的问题。     

热解条件对西湾煤与秸秆流化床加压共热解的影响

在流化床加压热解装置中考察温度、压力、气氛和生物质掺混比等条件对西湾煤与秸秆共热解特性的影响,结果表明:在600℃,0.3 MPa,100%N₂气氛条件下,随着生物质掺混比增加,共热解油产率先增加后降低,实验值均大于计算值;当生物质掺混比为30%(质量分数)时,共热解油的实验值达到最大(16.90%),高于计算值(13.05%);热解压力由常压升至1.0 MPa时,受高氢分压作用下较多的氢分子参与自由基的加氢饱和作用,共热解油产率先增加后降低,在0.3 MPa时共热解油产率达到最大(17.90%);100%(体积分数,下同)N₂,100%CO₂和50%CO₂+50%H₂气氛下的共热解油产率分别为16.73%,16.55%和16.07%;与焦油相比,共热解油的密度变化不大,在元素中碳的质量分数由79.32%降低至71.80%,硫的质量分数由0.60%降低至0.31%,n(H)/n(C)增加;共热解油中脂肪烃、芳香烃和含氧化合物的质量分数降低,酚类组分的质量分数增加,三环及以上的多环产物裂解为小分子化合物,油品质量得到改善。     

煤与重质油共气化可行性研究

分析了煤与重质油共气化过程和热力学特点,应用流程模拟软件Aspen Plus对焦炭和渣油系统进行了热力学能量和物料平衡计算,从热力学角度进行了可行性研究。结果表明,煤与重质油共气化技术可以制备低碳烯烃并联产合成气,低碳烯烃(C2H4 C3H6)含量大于15%,合成气(H2 CO)含量大于60%,CO2含量小于1.5%,且能有效地解决重质油裂解造成的结焦问题。     

煤与生物质共气化研究现状

介绍了煤与生物质共气化反应的机理;分析了气化温度、煤与生物质的掺混比例、气化剂、物料的掺混方式等因素对共气化过程的影响;对煤与生物质进行了热重分析、小型固定床气化和流化床共气化等试验研究;提出了煤与生物质共气化仍需进一步研究的重点。