生物质半焦高温水蒸汽气化反应动力学的研究

利用高温定碳炉研究了1000~1300℃条件下水蒸汽与生物质半焦的反应过程以及反应性.研究结果表明:高温条件下有利于缩短反应时间,提高CO产率;3种生物质半焦的反应性表现出相同的趋势,当转化率在0.3~0.4之间时,生物质半焦的反应性达到最大值,随后又降低;含碳量及灰中金属氧化物含量对其反应性存在一定的影响;生物质半焦的水蒸汽气化行为可以用未反应收缩核模型来描述.在水蒸汽分压不变的情况下,求出了3种生物质半焦的动力学参数,并对比了不同转化率时的动力学参数.     

烟煤煤焦等温CO2气化动力学模型研究

在建立的化学反应动力学控制实验条件下利用自建固定床实验台研究了烟煤煤焦等温CO2气化反应特性。采用均相模型、未反应收缩核模型和修正体积模型计算得到气化反应活化能分别为147.7kJ/mol、102.9kJ/mol和155.5kJ/mol。利用等转化率法避开反应机理函数的选择,计算得到反应活化能为144.1～166.0kJ/mol。通过比对不同模型相关系数大小以及与等转化率法计算所得活化能范围符合程度相结合的方法,确定均相模型和修正体积模型为最佳动力学模型;根据修正体积模型中经验常数b≈1,可认为修正体积模型与均相模型为同一模型。因此确定烟煤煤焦CO2气化反应最佳动力学模型为均相反应模型。     

半焦的流化床二氧化碳气化研究

利用一φ４８ｍｍ的流化床反应器在９００－１１００℃、气体流量１７０－３６０ｍＬ／ｍｉｎ的条件下进行了半焦的ＣＯ２气化反应研究。实验结果表明：在操作条件内，半焦的气化速率是受表面反应速率和传质率共同控制的，且在１０００－１０５０℃之间存在一临界温度，其前后的反应机理存在在差异。     

煤部分气化后生成半焦的特性

对日照烟煤和京西无烟煤在不同温度下制得半焦进行了工业分析和硫的元素分析，研究了不同煤种制得半焦中挥发分、灰分、固定碳以及硫元素含量随制备温度不同的变化趋势，并在管式沉降炉中进行了半焦的燃烧实验，分别计算了不同半焦的燃烧动力学参数。     

O2/N2和O2/CO2气氛下煤半焦-生物质的混燃特性及影响因素

为掌握煤半焦与生物质在O₂/N₂和O₂/CO₂条件下的混燃特性及其影响因素,采用全自动物理化学吸附仪获得了煤半焦-生物质混合燃料的孔隙结构,采用热重实验分析了两种燃料的混燃特性和反应动力学,通过多元线性回归法研究了燃料比、比表面积与混燃特性参数之间的关系。结果表明,O₂/N₂气氛下,掺混生物质可改善煤半焦的着火、燃尽及综合燃烧特性;O₂/CO₂气氛下,掺混生物质能改善煤半焦的着火特性,但会延迟其燃尽。混燃的活化能在低温区和高温区有显著差异,生物质掺混比增大,两个温区的活化能都降低;两种气氛下,低温区的活化能相近,但O₂/CO₂气氛下高温区的活化能显著高于O₂/N₂气氛下的。O₂/N₂气氛下孔隙结构对燃烧特性的影响更显著,而O₂/CO₂气氛下...     

生物质半焦气化反应动力学参数研究

为了得到升温速率对生物质半焦气化反应的影响。利用热重分析仪对玉米秸秆半焦和松木半焦在不同的升温速率(10、20、40、50℃/min)条件下的反应进行研究,得到这两种半焦TG曲线和DTG曲线,曲线表明反应速率会随着升温速率增大而加快。采用未反应收缩核模型得到反应机理函数,分析计算动力学参数。分析发现,随着升温速率的增大,生物质焦发生CO2气化反应的活化能也增加,同时指前因子也随之增大。     

生物质半焦气化的反应动力学

利用热重分析仪研究了CO2气氛下的生物质半焦的反应性。研究发现，所研究的4种生物质半焦都表现出了相同的反应性趋势。其反应性随着转化率的增加而增加。这可能是由于生物质焦样中的碱金属含量，尤其是钾的含量较高的原因。对比生物质气化反应动力学参数研究表明，4种焦样的气化行为可以用收缩核模型来描述，并求出了4种生物质焦样的反应动力学参数。在不同的CO2分压下进行了花生壳焦样的反应性实验研究，发现焦样的反应性正比于反应气体浓度，求出了花生壳焦样的反应动力学方程式。     

非等温热重分析玉米芯半焦CO_2气化特性

采用非等温热重法对玉米芯热解半焦CO2气化行为和动力学特性进行研究。结果表明:升温速率对整个气化过程有重要影响。随着升温速率的增大,完成反应所需的温度提高,反应速率增加,反应时间缩短,而且升温速率越大,反应速率的峰值越高且向高温区偏移。利用Kissinger微分法和Coats-Redferm积分法分别计算动力学参数,所得不同升温速率下的平均活化能为180.77kJ/mol;升温速率越大,活化能越小。研究发现,玉米芯热解半焦CO2非等温气化的活化能E和频率因子A之间存在动力学补偿效应,两者满足lnA=0.09384E+2.604。     

流化床生物质气化发电过程动力学建模与验证

为更好地描述生物质气化过程的反应机理,文章从模型采用的反映速率形式出发,对已建立的动力学模型[1]做了进一步修正,并拟和了以松木屑为生物质原料的气化反应动力学参数,建立了包括质量平衡方程、反应动力学方程以及能量平衡方程在内的整体生物质气化动力学模型。最后以MATLB为平台,通过模型仿真,从反应进程以及最终气体组分两个方面验证了模型的可靠性。为进一步应用该模型评价和优化流化床生物质气化过程气化方案和气化参数打下了基础。     

生物质气流床气化的热解前处理工艺

考察了热解作为生物质气流床气化前处理工艺的可行性,热解温度对气、液、固3种形态产物的产率和各方面的性能有不同程度的影响。通过半焦的电镜图片分析,证实了热解后生物质的多孔结构比较明显,使其有一定的吸附能力;通过元素分析比较了原料和热解产物中各元素含量的差别,说明热解可以显著提高半焦中碳元素含量,降低半焦中氧元素含量;考察了热解气中各组分在不同温度下的变化规律;通过原料和产物的热值比较,证实了热解可以显著提高气化原料的热值,为下一步的气化反应提供了有利条件。     

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.     

生物质膜法富氧气化制气技术试验研究

利用膜法富氧制气与生物质热解气化技术相结合,在半工业试验的基础上,通过改变固定床气化试验台中的氧浓度等关键反应因素,研究子玉米秸秆在常压固定床气化炉中的气化特性,并总结出燃气热值及燃气主要成分随氧气浓度变化的主要规律.试验研究表明,膜法富氧气化技术是可行的,对改善生物质燃气组分和热值具有较好作用,可用于工程实践.     

水合物法分离生物质气化气中CO2的研究

以生物质气化气中的CO2为研究对象,研究压力、气液比、四丁基溴化铵(TBAB)浓度和洗焦废水对CO2分离效率的影响。结果表明:CO2的分离效率(分离因子)随进气压力的增大先增大后减小;随气液比的增加先减小后增大;达到水合物形成的平衡压力后,随TBAB浓度的增大而减小。较低浓度的洗焦废水由于可增加气体的溶解速率并减少水合物的诱导时间而增加水合物的形成速率。在2.1 MPa、气液比14.63、TBAB物质的量浓度为0.29%时,CO2分离效率最高,分离后气相CO2气体含量由17.85%下降到8.71%,目标气体H2、CO损失率约为5%,水合物相中CO2含量达81.63%。     

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.     

生物质气化对减少CO_2排放的作用

分析了生物质利用过程中几种能量利用系统的特点及整体效率 ,论述了生物质和矿物燃料在 CO2 排放方面的不同特点 ,分别得出产生单位有效能源时 CO2 的排放值。通过比较发现 ,高效的生物质利用技术相对于矿物燃料 ,可以减少 CO2 排放 90 %左右。这充分证明利用生物质替代矿物燃料是减少 CO2 排放的有效措施之一 ,而气化技术是高效利用生物质的重要途径。     

下吸式固定床的生物质H2O/CO2气化数值模拟研究

利用Aspen Plus 软件建立干桦木屑在下吸式固定床气化炉中的气化模型,模拟值与文献实验值吻合良好。利用Aspen Plus的灵敏度分析模块模拟分别以水蒸气（H₂O）和二氧化碳（CO₂）为气化剂时气化剂/生物质碳比（GC值）对气化结果的影响,并结合H₂O、CO₂各自的特点研究其复合气化。结果表明,H₂O气化时可获得富氢煤气,但其净CO₂排放量较高;CO₂气化时碳转化率及冷煤气效率较低,但净CO₂排放量较低;H₂O、CO₂复合气化使碳转化率及冷煤气效率略有降低,但可有效减少气化系统中的净CO₂排放量。     

生物质气化过程中燃料氮迁移影响因素实验研究

针对玉米秸秆和锯末两种生物质,进行了生物质气化过程实验,分析了气化参数对燃料氮迁移过程的影响。结果表明,在测试条件下,生物质气化产物中含氮组分浓度主要取决于气化温度,而当量比的影响相对较弱一些。NH_3和N_2是气化产物中氮的主要表现形式,其随气化温度的变化趋势相反。NH_3与N_2之间的转换反应是决定生物质燃料氮迁移演化过程中的一个主要热化学反应。     

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。