生物质气化制氢研究现状

重点讨论生物质催化气化制氢的基本原理和基本过程，阐述生物质催化气化制氢、超临界水中生物质催化气化制氢、等离子体热解气化制氢的研究现状，指出生物质气化制氢的广阔前景。     

生物质气化过程中焦油的生成

总结了生物质气化过程中焦油的生成和分类,以及气化炉炉型、温度与氧量对焦油生成量和组成的影响规律。初级、二级和三级焦油是应用最为广泛的一种分类方法;不同炉型气化炉产气中焦油质量浓度从大到小依次为:上吸式流化床下吸式,分别在100,10,1g/m~3的量级,两段式等改进炉型在焦油控制上更有优势;上吸式气化炉焦油多为初级组分,下吸式则以无取代基的多环芳香烃等三级焦油为主,而流化床的焦油涵盖了二、三级焦油组分;温度的升高使得焦油量下降,且趋向于转化为化学结构更稳定的三级组分;氧量的增多对焦油的生成具有抑制作用。     

生物质气化过程中焦油形成机理的研究

以谷壳气化过程中产生焦油为研究对象,考查了在不同温度情况下的焦油组成变化。实验结果表明:温度的不同,气化过程中产生的焦油组成也不同,且随温度的升高,低温中形成的焦油组成会发生热裂解进行二次反应,生成新的焦油组成。通过对焦油的GC-MS分析说明,随温度升高,焦油组分的变化是一个脱氧且芳香化程度增大过程,当达到800℃以上时,焦油中的主要组份以多环芳烃为主,从而为生物质气化过程中焦油催化裂解催化剂的开发指明方向。     

生物质气化制氢的模拟

以秸秆为研究对象,利用Aspen P lus软件建立气化反应器模型,对生物质气化制氢进行模拟计算.探讨不同反应条件,包括气化温度、生物质与蒸汽质量配比以及催化剂对富氢气体成分的影响.计算结果表明,未加催化剂条件下,采用生物质蒸汽气化技术可获得体积分数为6000/以上的富氢燃料气,增大蒸汽与生物质质量配比有利于氢气产率的提高;添加CaO、MgO催化剂可较大幅度地提高氢气产率,氢气体积分数最大可达到9400/,其中CaO对生物质气化制氢过程的催化作用非常显著.     

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。     

生物质气化气中焦油催化裂解模型

生物质流化床气化气中焦油的催化裂解模型一般采用简单的一阶集总动力学反应,在一些应用方面不够完善.文章在Shamsi和Aznar的模型之上引出了微观反应动力学模型.该模型建立在二集总或焦油的不同种类基础之上,它有4个动力学常数.每一个集总反应都包括热裂解和催化裂解反应.选择Corella的试验为对象,催化温度为840 ℃左右,将硅藻土和镍基水蒸气重整型催化剂(ICI 46-1)在小型试验台上所得到的数据应用于此微观模型,得到的4个动力学常数是相互关联的,并且符合试验结果,在焦油催化裂解研究方面取得了一大进步.     

生物质气化焦油生成碳黑的实验研究

生物质气化焦油有还原NO的作用。在小型管流反应器上进行的生物质气化气焦油还原NO的过程中有碳黑产生,对试验产生影响。碳黑对人体健康也极具危害。虽有研究表明碳黑有还原NO的作用,但其效果不如焦油裂解之后的小分子永久气体还原NO的效果好,因此再燃过程中有必要对碳黑生成进行控制。对几种典型的生物质焦油模型化合物（苯、甲苯、苯乙烯）燃烧生成碳黑的重要起始参数进行实验测定,得到不同再燃温度条件下（900～1400℃）,苯、甲苯和苯乙烯燃烧生成碳黑的起始碳氧比。本试验结果将对含焦油的生物质气化气再燃试验起到指导作用。     

生物质气化焦油净化装置的设计与研究

采用间接换热冷却快速冷凝悬浮方法,设计出YN03型燃气净化装置,实地运行试验和测试结果表明:YN03型生物质燃气净化装置能够有效地将高温燃气降到50℃以下,可以很好地除去焦油尘,证明该设计是合理的.净化装置具有结构简单、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.     

生物质气化焦油催化裂解特性

以白云石为载体制备的Ni基催化剂对松木粉在700℃下气化产生的焦油进行了催化裂解实验研究，并与重油裂解催化剂进行了对比。结果表明：石油化工重油裂解催化剂对生物质气化焦油具有一定的催化裂解作用；Ni的掺入方式和催化剂的煅烧温度对催化剂的性能具有显著的影响。以100～120目白云石粉为载体，900℃下煅烧的Ni基催化剂在700℃(2下焦油裂解对H2和CH4具有很好的选择性(H2为78．3％，H2 CO为92．3％，CH4为2．3％)；100h老化实验显示H2/CO随催化剂活性降低而逐渐减小。     

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。     

生物质与甘油共气化正交法实验研究

在固定床实验台上,对甘油与生物质共水蒸气气化进行实验研究。采用正交实验方法,设计三因素三水平正交试验,考察温度、水流量、甘油/生物质(质量比)这3个因素对玉米芯与甘油混合物共气化制取的气体产物成分组成、气体产率、液体产率、固体产率及气体产物热值的影响。在此基础上对实验数据进行极差分析和方差分析计算,确定所考察因素的显著性、主次地位和各因素水平的优化组合。实验结果表明:影响H_2产率的因素主次顺序为T(温度)S(水流量)G/B(甘油/生物质质量比),优化组合参数为T=750℃,S=2 mL/min,G/B=3:8。气体产物中H_2体积分数为35.8%~62.0%。     

生物质高温气化重整制氢实验研究

在自行设计的固定床气化炉实验台上开展序批式进料模式的生物质(白松木屑)高温气化实验研究,重点考察反应温度、水蒸气流率以及物料粒径等不同工况条件对生物质气化产气特性的影响,实验结果表明,在800~950℃的范围内,每千克白松木屑的氢产率为21.91~71.63g H2。不同水蒸气流率下H2平均浓度变化不大,CO平均浓度随水蒸气流率的增加略有增大,气体平均热值在11.87~12.04kJ/m3内变化。实验条件下水蒸气流率为20.2g/min时的氢气产率最大。随着生物质给料粒径的减小,气体产率和气化效率均减小。     

CaO催化裂解生物质气化焦油实验研究

以谷壳气化发电产生焦油为研究对象,考查了CaO作为焦油裂解催化剂对其催化裂解的影响。实验研究结果表明:CaO作为焦油裂解催化剂可使焦油裂解率明显提高,在800℃时,其裂解率可由热裂解的28.66%提高到65.60%,焦油催化裂解后可使燃气成份中的H2、CO、CH4以及CO2含量提高。但焦油裂解过程中,其积炭率可达30.51%;扫描电镜显示:因焦油裂解积炭包裹CaO催化剂,易使其催化活性失效,同时由于积炭,使床层压降增加,给焦油催化裂解运行带来困难。     

复合式低焦油固定床生物质气化装置研究

综合分析上吸式固定床及下吸式固定床生物质气化装置各自特点,提出复合式低焦油固定床生物质气化装置,建立生物质原料处理量为600 kg/h的中试规模试验装置并开展研究。研究结果表明:复合式低焦油固定床生物质气化装置具有结构简单、气化效率高、热效率高、碳转化率高、原料适用性广等优点,极大程度提高了燃气清洁程度,对于生物质气化、发电、供热、化石燃料替代等领域的工业化应用起到了极大的推动作用。     

生物质/甘油共气化制氢实验研究

以水蒸气为气化介质,在固定床实验台上进行生物质/甘油共气化制氢实验研究。实验考察给水速度、Ca O、压力、催化剂对制氢结果的影响,结果表明:由于Ca O的存在,给水速度对氢气浓度的影响呈曲线变化。提高Ca O的含量能明显促进氢气的产生;压力的升高促进共气化向制氢方向的进行,这与压力对生物质、甘油单独气化的影响截然相反;镍基催化剂的使用存在最佳值,过量催化剂会抑制制氢反应的进行。     

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。     

生物质气化焦油脱除过程参数优化方法

焦油是生物质气化过程中的有害产物,它会降低燃气品质,对气化设备及后续用气设备产生危害.本文通过对生物质气化过程中影响焦油生成量的因素进行分析,依据最小二乘曲线拟合原理和目标规划理论建立了生物质料木屑气化过程焦油脱除的参数优化模型,在此基础上采用遗传算法对焦油脱除过程优化模型进行参数寻优.计算结果表明,当气化温度为796.6℃、当量比为0.203时,木屑气化的焦油生成量最小.     

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。     

超临界水中生物质气化制氢的反应路径

超临界水中生物质气化制氢技术因其具有良好的环保性、产氢高等特点已成为氢能领域的研究热点之一。文中对超临界水中生物质气化制氢反应路径的研究结果进行了总结，归纳了生物质及其模型化合物葡萄糖在亚临界和超临界水中分解气化的可能的反应路径以及反应过程中产生的一系列中间产物，讨论了影响反应的主要因素。