生物质气化技术研究现状及发展前景

讨论了生物质气化技术的基本原理和基本过程，阐述了生物质气化反应器（气化炉）及生物质气化的技术关键，指出了气化技术在我国广阔的发展前景。     

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。     

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。     

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。     

生物质催化气化合成甲醇

生物质合成甲醇是CO2零排放的能量转换技术，避免了由于燃烧化石能源带来的温室气体效应问题。文章对生物质合成气的制备、净化、化学当量比调整等技术进行了介绍和分析，对生物质合成甲醇的经济性和前景进行了分析评价。     

废弃生物质流化床气化能量回收研究

本文针对废弃生物的能量再收进行讨论,并用实验测试数据加以论证。在对有代表性的木屑,砻糠、杂草和城市生活垃圾等生物质进行了流化床的冷态模拟和φ200炉子的热态气化试验,得到了满意的结果。主要结论为:固体生物质废料经适当粉碎干燥后即可以用该化床进行资源回收;气化物料度<200mm(单尺度),水份含量<30％时可制得约5μJ/μ~3的粗煤气;采用流化床气化处理法进行资源回收不仅具有废料处理量大(强度达1.5T/μ~2H_r)而且回收的资源能量品位高是最方便实用的气体燃料。 显然,通过本文的研究结果,可以看到目前普通存在的城市垃圾,废弃生物处理的有效手段——流化床处理法的诱人、广泛和美好的前景。     

生物质粉体水蒸气催化气化实验研究

用水蒸气进行梧桐叶粉体的催化气化实验研究。考察了一些主要参数变量，温度（700～900℃）、生物质粉体粒径（〈1mm）、水蒸气／生物质比（0～2．67）、水蒸气压力（0．02MPa-0．08MPa）等对气化结果的影响。实验结果表明：较高的温度有利手氢的产出，但温度过高会使气体热值下降；生物质粉体粒径的大小对产气组分的分布和产气率均有影响；水蒸气的加入使生物质气化产氢率和产气率显著提高，但水蒸气加入量过多使温度下降，产氢率、产气率和产气热值降低。     

生物质气化技术

Enviropower公司最近在芬兰Tampere的15MW试验厂完成了一个扩大的生物质气化试验项目。试验表明煤气化设备能够用生物质作为气化原料。由于气化厂具有多种燃料的适应性,可以使其在生产成本上更具有竞争能力。     

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。     

生物质催化热解气化热重分析研究

采用热重分析与气相色谱分析(TG-GC)相结合的方法,开展了以麦秸为主要研究对象的生物质催化热解气化实验研究,探讨了以NiO和CaO为催化剂,水蒸气气氛下的麦秸挥发分析出特性、半焦的气化特性、气化反应动力学特性以及催化剂对麦秸气化产物的影响.实验结果表明麦秸水蒸气气氛下的反应活性明显提高,气化反应过程中热解阶段视为一级反应,半焦气化视为缩核反应.非催化条件下麦秸的半焦气化在800℃以上才进行,添加NiO与CaO均促进了麦秸与水蒸气的气化反应,提高了气化过程的碳转化率和反应速率,但二者对半焦气化的促进机理以及气体产物的催化选择性有明显差异.添加NiO时H2产率最大,达到34mol/kg麦秸,且使气化反应温度明显降低.添加CaO不仅促进了H2和CO的生成,而且CH4产率也明显提高,表明CaO更有利于大分子碳氢化合物的裂解.     

典型农业生物质催化气化反应动力学特性研究

以CaO、MgO和Fe2O3为催化剂,用程序升温热重法对典型农业生物质催化气化特性及反应动力学进行了研究.利用均相反应模型和缩核反应模型对转化率与温度的关系进行了拟和计算,得到了谷壳样在4种不同二氧化碳气化条件下热解阶段及焦炭气化阶段的活化能和指数前因子.结果表明,在820～1000℃区间内,添加CaO的谷壳样表观活化能比谷壳的大;而添加MgO和Fe2O3的谷壳样表观活化能与谷壳的相比,分别下降了32.6%和17.9%以上,可以看出3种催化剂催化活性大小顺序为MgOFe2O3CaO,活化能区间范围为15.25～123.74kJ/mol.研究表明在低温区间(热解阶段),反应机理更趋向于均相反应模型,而在高温区间(气化阶段),反应机理更趋向于缩核反应模型.最后给出了谷壳在热解阶段及焦炭气化阶段的反应动力学方程.     

生物质等离子体气化研究

在热等离子体提供的高温、高能量反应环境中，进行生物质的快速热解气化研究。生物质的等离子体热解气化产物由固体残渣和气体组成，无焦油存在。气体产物中主要以化学合成气（H2和CO为主。增加水蒸气流量，H2和CO含量之和均在96％以上，且V（H2）／V（CO）比率为0．90～1．15，气体产率达到2．0L/g，碳的气相转化率很高。     

生物质富氧气化特性的研究

富氧气化是先进的中热值气化方法之一，具有设备体积小，运行稳定等优点。从富氧气化的原理出发，分析氧气浓度，气化当量比等因素对气化结果的影响，并在实验的基础上，分析讨论提高了富氧气化经济性和实用性的途径，总结得到的循环流化床富氧气化的最佳运行条件：氧气浓度，气化当量比约０．１５。     

生物质气化过程的神经网络模型拟合方法

用神经网络模型来拟合生物质气化过程的特性,以影响气化过程的主要因素:温度(T)和气化剂当量比(α)作为网络输入,气化燃气组分为网络输出,通过调整网络的权值和阈值,对神经网络模型训练学习,来预测气化过程特性.仿真表明,该模型对生物质气化反应过程特性有较好的预测性能,具有一定的实用性.     

热解焦对生物质焦油催化裂解的影响

在小型固定床反应器上,以甲苯为模型化合物对生物质焦油在热解焦上的催化裂解反应进行了研究。重点考察了裂解温度、热解焦粒径尺寸、气相停留时间和水蒸气的流量对焦油的转化率和裂解气成分的影响。结果表明,高温条件下,热解焦对甲苯的裂解具有明显的催化作用。850℃时,所用的两种热解焦对甲苯的转化率分别达到了92.7%和97.0%,同时发现,较小粒径的热解焦和较长的气相停留时间更有利于甲苯的深度裂解。另外,随着水蒸气流量的增加,甲苯的转化率和气体中CO的产率均增大,但当蒸汽甲苯比(S/T)超过6.1时,继续增加水蒸气的流量,甲苯转化率并无明显地提高。     

凹凸棒石粘土催化裂解生物质气化炉焦油初探

研究了凹凸棒石粘土对稻壳气化焦油的催化裂解性能,分析了不同温度和不同凹凸棒石粘土/白云石比值下催化剂催化脱焦油活性.结果表明:随着催化裂解温度增加,各种催化剂对生物质气化炉焦油的去除率均有不同程度的提高,且随凹凸棒石粘土/白云石比值的增加,焦油的去除率有所增加.凹凸棒石粘土与白云石之间存在协同作用,这种协同作用提高了焦油催化裂解活性.与其他几种常用的矿物材料催化剂(氧化钙、橄榄石、辉沸石)相比,尽管凹凸棒石粘土催化裂解焦油后积炭量最大,但还是显示出对焦油裂解反应最好的催化活性.     

生物质燃气催化重整净化的特性研究

通过改变生物质燃气重整过程中重整温度、反应时间、水蒸气的添加等参数,考察了国产烃类蒸汽转化催化剂Z405重整净化生物质燃气的性能及对合成气化学当量比的调变作用。结果表明:在Z405的作用下,生物质燃气中CH4和C2转化率均高达95%以上,合成气中CH4和C2的含量分别低于0.500%和0.005%,H2与CO含量有显著增加,CO2含量有所减少。添加水蒸气后H2/CO值较之无水蒸气的添加发生了显著变化,从0.70提高到1.15,气体低热值有所增大。提高重整温度对生物质合成气组分具有显著的调变作用,H2和CO含量增幅随温度升高而增加,CH4与C2组分含量降低幅度也随温度升高而增加。但当重整温度超过780℃时,对合成气组分调整作用不明显。重整生物质燃气组分在60min内无明显改变,未检测到催化剂活性降低、失重及积炭。     

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.     

以铜渣为催化剂的松木屑空气气化实验

采用实验室自制的固定床生物质气化反应器,选用松木屑为生物质原料,铜渣为催化剂,采用机械混合方法将原料与催化剂混合,初步定量分析和研究了松木屑在添加铜渣催化剂后气化的产气率、产气组分和产气热值等的变化。结果表明:在松木屑空气气化试验过程中,添加铜渣催化剂后气化反应的产气率明显增加,气化产生的气化气的组分含量与不添加催化剂相比有明显区别,产气的热值有明显提高。