基于铁矿石载氧体25 kWth串行流化床生物质化学链气化实验研究

设计并建立了25kW_(th)串行流化床生物质气化反应器,基于此反应器,以赤铁矿石作为载氧体,开展生物质化学链气化实验研究,考察气化反应器温度、S/B、载氧体添加比例对生物质气化特性的影响。当赤铁矿占床料比例高于40%时,该气化装置的气化反应器温度保持平稳,铁矿石载氧体的再生及传热性能优良。燃料反应器出口烟气的成分为H_2、CO_2、CO、CH_4和少量的C_2H_4。随着气化反应器温度升高,气化反应器出口烟气中CO、CH_4和C_2H_4体积分数逐渐降低,相应的CO_2体积分数逐渐升高。随着S/B由0.6升高到1.4,气化反应器出口烟气中H_2和CO_2体积分数逐渐升高,CO、CH_4和C_2H_4体积分数逐渐降低。另外,载氧体添加比例增加,生物质气化反应器出口烟气中CO、H_2、CH_4和C_2H_4体积分数呈减小的趋势,而CO_2体积分数显著增加。     

基于铁矿石为氧载体的生物质化学链气化技术实验研究

生物质能因为其资源分布广泛、低污染和可再生等性能成为当前人们关注的重点。基于传统气化技术和化学链燃烧技术而衍生出的化学链气化技术具有低气化成本、高产气率和碳转化率高等优点。采用松木屑作为生物质原料,选用铁矿石作为氧载体,探究基于铁矿石为氧载体的生物质化学链气化反应过程,在流化床反应器上进行实验,采用控制变量法,从氧载体、水蒸气和温度等3个方面分析对化学链气化过程的影响。实验结果表明,氧载体对于气化反应的产气率和碳转化率都起到了促进作用,水蒸气的通入使得可燃气中H2的含量明显增多,温度的升高使气化反应最终的产气率和碳转化率逐渐增大。     

中型流化床中的生物质气化实验研究

以空气为气化介质,在中型流化床反应器上进行了生物质(木屑)气化实验研究。考察了当量比ER(0.20～0.34)、气化温度(670～820℃)对气化结果的影响,初步探讨加入二次风对气化的影响。在实验研究的条件范围内,煤气热值在5650～6665kJ/m3范围内变化,生物质产气率在1.51～2.26m3/kg之间变化,碳转化率在74.3%～90.8%之间变化,气化效率达到61.8%～78.1%;加入适量二次风可以提高气化效率和碳转化率,减少焦油含量。实验结果表明:此流化床气化炉当气化温度在720～770℃之间,当量比ER在0.24～0.28之间时,气化效果最好,此时煤气热值可达到6400～6600kJ/m3,产气率为1.75～1.95m3/kg,碳转化率为83%～89%,气化效率高达71%以上。     

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。     

生物质化学链气化联合燃气轮机发电系统模拟

使用Aspen Plus软件对以Fe_2O_3为载氧体的生物质化学链气化系统进行模拟,分析温度、压力、载氧体与生物质摩尔比、水蒸气与生物质摩尔比等因素对合成气制备的影响;对不同生物质的气化条件进行优化;将气化制得的合成气通入M701F燃气轮机中发电,考察系统的发电效率。结果表明:常压下,不同生物质气化的优化温度均在740℃左右,此时制备的合成气冷煤气效率较高;提高反应压力有利于系统热量自平衡,但合成气的冷煤气效率降低;载氧体与生物质摩尔比的优化值与生物质中氧碳摩尔比呈负相关,且达到优化值时,气化环境中氧碳摩尔比在1.25左右;水蒸气通入气化系统后冷煤气效率可提高15.00%～20.00%,主要原因为H_2的产量显著增加,通入水蒸气后的气化环境的氧碳比在1.4左右时,制备合成气的冷煤气效率较高;系统的发电效率在30.00%～37.00%,高于生物质发电效率。     

基于铁矿石载氧体的生物质化学链气化机理研究

在单批次进料小型流化床上,以稻壳为生物质燃料,研究了床料、气化温度、水蒸气体积分数以及载氧体载氧量与生物质含碳量的摩尔比(O/C)对生物质化学链气化反应特性的影响,并考察了铁矿石的长期交替氧化还原过程中的反应特性,分析了在小型流化床,水蒸气气氛气化条件下,铁矿石载氧体在反应过程中主要的反应以及反应后的铁矿石的床料变化。研究表明:在载氧体条件下,生物质的碳转化率显著增大,随着反应温度的升高,合成气中的H_2和CO的体积分数也相应升高。在温度不变情况下,随着水蒸气比例的升高,CO_2和H_2的体积分数显著上升。伴随着O/C摩尔比的升高,CO和H_2均显著下降。因此,在不同的反应条件下,铁矿石在生物质化学链气化过程中对反应速度、合成气比例等均有明显的作用,对研究生物质的综合利用具有一定的意义。     

生物质在流化床中的气化实验

笔者在意大利Ａｑｕｉｌａ 大学同该校Ｒａｐａｇｎａ 副教授和伊朗博士生Ｊａｎｄ Ｎａｄｅｒ 以中国某木材加工厂的加工剩余物木屑为原料,用小型流化床进行了空气气化实验。反应温度控制在８００ ℃,气化效率可达７０ ％ ,气化气热值在６ ～１２ ＭＪ／Ｎｍ ３ 。随着空气供给量的增加,气化气热值降低而产气率增加。     

煤基化学链燃烧串行流化床的冷态试验研究

采用“湍动床＋快速床”作为煤基化学链燃烧（CLC）系统的空气反应器（AR）,鼓泡床作为燃料反应器（FR）,设计了流动密封阀和旋风分离器,分别用于隔绝2个反应器之间的气氛和进行气固分离,在冷态试验装置上分析研究了CLC系统的压力分布、固体循环流量、气体泄漏率及煤灰与循环载体的分离效果．结果表明：该串行流化床反应器之间气氛隔绝性良好,气体泄漏率较低,固体循环流量达到甚至超过设计标准,FR二级旋风分离器的分离效率接近100％,FR中煤灰进入AR的质量分数小于1．55％,煤灰分离效果良好;装置可以长时间连续稳定运行,且操作气速范围较广,自行设计建造的循环流化床作为煤基化学链燃烧试验装置是可行的．     

串行流化床生物质气化制取富氢气体模拟研究

利用串行流化床技术将生物质热解气化和燃烧过程分开,气化反应器和燃烧反应器之间通过灰渣进行热量传递,实现了自供热下生物质气化制氢.利用Aapen Plus软件模拟制氢过程,通过比较单反应器生物质气化的模拟结果和实验结果,验证了模拟研究的可行性.重点研究串行流化床中非催化气化与CaCO3作用下的气化过程,探讨了气化温度、蒸汽与生物质的质量配比(S/B)对制氢的影响,为今后开展生物质气化制氢试验提供了理论参考.结果表明:对应不同气化温度,S/B都存在一个最佳值,且随着温度升高其值减小.当气化温度低于750℃时,添加CaCO3可大幅提高氢产率,气化温度为700℃且在S/B约为0.9时氢产率最大,达43.7 mol·(kg生物质)-1(干燥无灰基),比同温度下非催化气化提高了20.3%.随着气化温度升高,CaCO3促进作用减弱.     

串行流化床生物质气化合成二甲醚的模拟

以稻秸秆为研究对象,利用Aspen Plus软件建立了串行流化床生物质气化制取合成气合成二甲醚（DME）的模型,研究了不同气化温度、水蒸气与生物质的质量比（mS/mB）、DME合成温度、合成压力、吸收塔操作压力及吸收剂与DME的配比（nA/nD）对合成工艺的影响.结果表明：对于采用串行流化床生物质水蒸气气化技术制取DME的一步法合成系统,建议气化温度取750℃左右,mS/mB取0.3,DME合成温度取260℃,合成压力取4MPa,用水作吸收剂,吸收塔的操作压力控制在3～4MPa,nA/nD取0.5;在此工况下,1kg生物质（干燥基）所能产生的二甲醚物质的量约为6.1mol.     

流化床中生物质气化的数值模拟

基于欧拉多相流模型,自编化学反应子模型,通过建立生物质流化床气化动力学模型,对某实验室规模的流化床生物质气化炉进行了数值模拟,研究了蒸汽与生物质的质量比（mS/mB）、生物质粒径对产气组分、蒸汽分解率等的影响.结果表明：mS/mB增大,H2体积分数先上升后保持不变,而CO和CH4的体积分数先下降后几乎不变,蒸汽分解率下降;生物质粒径减小有利于气化过程,使CO和H2的体积分数明显上升;计算结果和试验结果基本吻合,表明基于欧拉多相流的动力学模型能对流化床中生物质的气化进行比较准确的模拟.     

Nucleate Pool Boiling of Pure Liquids and Binary Mixtures：Part Ⅱ－Analytical Modelfor Boiling Heat Transfer of Binary Mixtureson Smooth Tubes and Comparison of Analytical Models for both Pure Liquids and Binary Mixture

ＮｕｃｌｅａｔｅＰｏｏｌＢｏｉｌｉｎｇｏｆＰｕｒｅＬｉｑｕｉｄｓａｎｄＢｉｎａｒｙＭｉｘｔｕｒｅｓ：ＰａｒｔＩＩ－ＡｎａｌｙｔｉｃａｌＭｏｄｅｌｆｏｒＢｏｉｌｉｎｇＨｅａｔＴｒａｎｓｆｅｒｏｆＢｉｎａｒｙＭｉｘｔｕｒｅｓｏｎＳｍｏｏｔｈＴｕｂｅｓａｎ...     

生物质气化制氢中的流化床工艺选择

可再生的生物质及其他含碳燃料气化后能够产生富氢气体。通过回顾生物质气化技术,从现有的10种气化工艺中筛选出3种可用于生物质制氢的气化工艺:FERCO Silvagas、MTCI和FICFB工艺,并加以详细介绍。同时分析了将流化床应用在生物质气化制氢工艺中的优点及需要进一步开展的研发工作。     

化学链双固废协同利用制合成气实验研究

我国年排放约1亿吨赤泥和3500万吨中药渣,主要依靠堆放和填埋处理,缺乏有效的处置和利用方法,不仅造成严重的环境污染,亦导致极大的资源浪费.针对这一现状,提出了一种基于化学链气化技术的双固废协同利用方法.以赤泥制备载氧体,中药渣为燃料,实现了中药渣的能源化利用,具有资源利用率高、环境影响小的优势.为优化操作参数,首先使...     

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。     

催化作用下流化床中煤部分气化的试验研究

在1台小型常压流化床气化炉上进行空气和水蒸汽存在条件下的煤部分气化试验，研究石灰石、碳酸钠和白云石3种催化剂对煤气组分、热值、煤气产率和碳转化率的影响。试验结果表明：添加催化剂能够有效地提高煤气质量、煤气产率和碳转化率，其中碳酸钠的催化效果最好，石灰石次之，白云石最差。图5表2参10     

赤泥-铜矿石复合载氧体用于煤化学链气化性能研究

煤化学链气化制合成气是一种资源利用率高、环境污染低、节能环保的新型气化技术,而高效载氧体的设计开发是化学链气化技术的关键。本文以铜矿石和赤泥为原料采用挤出滚圆法制备R-Cu-10M（蒙脱石质量分数为10%）复合金属载氧体,实现载氧体颗粒内粉末的物理均匀混合、颗粒一次成型以及活性组分间的协同效应。围绕反应温度、氧煤比、水蒸气输入量三个关键操作变量,测试了R-Cu-10M载氧体与褐煤气化反应特性。表征结果表明,R-Cu-10M载氧体具有较好的还原性,赤泥与铜矿石中Cu-Fe金属间的协同效应有助于晶格氧释放以及还原性的提升。R-Cu-10M载氧体与褐煤发生气化反应的最佳温度为950℃,在氧煤比为3∶1、水蒸气通量为0.08 mL/min的最优工况下,合成气产量可以达到50 mmol/g载氧体,合成气选择性和碳转化率分别为75.9%和71.2%。     

热解条件对生物质焦气化活性的影响及等温气化动力学参数求解方法

生物质气化是生物质利用研究的一个重点。生物质气化包含生物质的热解和热解所得焦炭的气化两个过程。不同的热解条件将得到具有不同气化活性的生物质焦炭,不同热解条件制取的焦炭的动力学参数也不相同。本文主要概述了热解条件对生物质焦气化活性的影响。同时基于阿伦尼乌斯公式介绍了生物质焦等温气化动力学参数的两种获取方法,非等转化率法是通过选择动力学模型中的结构因子f(x) 来获取动力学参数,而等转化率法是通过避开选择动力学模型中的结构因子f(x) 来获取动力学参数。基于简单碰撞理论提出了获取等温气化动力学参数的新方法,对阿伦尼乌斯公式中的指数项、指前因子A提出了明确的物理意义。基于简单碰撞理论的等温求解气化动力学参数方法类似于基于阿伦尼乌斯公式的等温求解气化动力学参数方法。