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。     

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。     

生物质基础组分化学链燃烧特性实验研究

在间歇式小型流化床上,以天然铁矿石为载氧体,实验研究了木质素、纤维素、壳聚糖3种常见生物质基础组分的化学链燃烧特性。主要考察了组分性质和反应温度对载氧体微观形貌及成分变化等影响特性,以及气相产物生成、碳转化率、碳捕集率和碳转化速率变化规律。结果表明,提高反应温度会使气相产物被载氧体进一步氧化从而释放更多热量,但也导致载氧体出现一定程度的烧结和熔融的现象,从而抑制载氧体的反应活性。在不同反应温度下3种组分的碳捕集率排序为：f(木质素)>f(壳聚糖)>f(纤维素)。当反应温度提高到950℃,3种生物质基础组分的碳捕集率和碳转化率均得到了提高。其中木质素的化学链燃烧效果最好,碳捕集率达到了90.58%,基本实现了碳元素的完全反应,明显优于壳聚糖的80.86%和纤维素的66.98%。     

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。     

生物质化学链气化串行流化床二元物系冷态实验研究

搭建了生物质化学链气化串行流化床冷态模型,考察了木粉与石英砂二元物系在不同工况下的流化特性,结果表明,木粉单独实现流化较为困难,稳定流态化操作范围也较小;石英砂木粉二元物系,随着石英砂含量的增加,流化状态持续改善,稳态流化操作范围增大,当石英砂含量超过70% 时,该二元体系流化状态接近石英砂;石英砂木粉二元混合体系物料循环量及颗粒平均速度随着表观气速的增加而持续增大。     

基于铁矿石载氧体的化学链燃烧

针对铁矿石载氧体,在流化床上进行了模拟煤气成分化学链燃烧循环试验研究.结果表明,在反应初期可得到高浓度的CO2,CO的转化率随着循环次数的增加先减少后增加,H2的转化率在整个循环过程中为100%;CO2的收率随循环次数的增加先缓慢增加最后趋于稳定;该铁矿石载氧体在多次循环反应中保持了很高的活性,开始几个循环中,随循环次...     

基于草木灰修饰铁矿石载氧体的串行流化床化学链燃烧实验

采用草木灰对铁矿石载氧体进行修饰,在1kWth串行流化床反应器上,以合成气（CO H2 CH4）为燃料进行了化学链实验,对其反应活性进行测试。结果表明：生物质灰修饰铁矿石载氧体在1 kWth串行流化床上表现出较高的反应活性,且反应温度越高,反应活性越好;燃料反应器出口CO和CH4体积百分数显著降低,930 ℃下分别为0.12%和2.63%,与采用纯铁矿石相比分别降低了97.3%和16.0%,CO2捕集效率提升明显,最大值达89.38%;SEM分析表明,反应后的铁矿石颗粒表面出现了晶粒熔融粘接的现象,但生物质灰修饰铁矿石的孔隙结构仍较为明显;EDS分析表明生物质灰修饰铁矿石中K的负载情况较为稳定,没有出现明显的流失现象。     

铜基氧载体化学链氧解耦的流化床实验研究

采用溶胶-凝胶法制备了CuO/CuAl2O4氧载体,在CO2气氛下和空气气氛下,分别研究了该氧载体的释氧和吸氧性能,研究结果表明,随着温度的升高,氧载体的释氧、吸氧速率不断升高.随后在N2气氛下研究了3种典型煤的化学链氧解耦燃烧过程,结果表明,煤中挥发分的含量直接影响燃烧过程的快慢,在氧解耦燃烧时,高挥发分的褐煤尾气中,CO2体积分数比无烟煤高15%左右,褐煤中碳的平均转化率为无烟煤的2～3倍.     

钙钛矿型LaFeO_(3)载氧体生物质化学链气化热力学分析及实验研究北大核心CSCD

文章针对基于LaFeO_(3)载氧体的木屑生物质化学链气化特性,开展了热力学过程模拟与分析,并搭建了固定床实验装置,研究了载氧体添加量(O/B)、气化温度和水蒸气量对合成气品质的影响。热力学分析结果表明:相比传统Fe_(2)O_(3)载氧体,LaFeO_(3)不易与合成气进一步反应,更适合生物质的化学链气化过程,且气化温度升高有利于提升合成气产率,增大LaFeO_(3)添加量也会促进合成气生成,而过多的Fe_(2)O_(3)则会进一步氧化合成气导致产气率下降;添加水蒸气可明显提高合成气中H2占比。实验结果表明,提高反应温度和载氧体添加量能够提高合成气品质,但过量水蒸气反而不利于合成气的转化。在O/B为0.6、气化温度为900℃、水蒸气流量为0.3mL/min的最佳工况下,基于LaFeO_(3)的木屑化学链气化过程的转化效率达到97.09%。研究成果可为生物质固废的能源化利用与推广提供科学依据。     

基于Fe基载氧体的生物质化学链燃烧试验研究

化学链燃烧技术(CLC)是一种含有CO2内分离的新型燃烧技术。以Fe2O3为载氧体,在10 kWth级串行流化床上进行了生物质化学链燃烧的试验研究,探讨了燃料反应器温度、生物质进料量和水蒸气量对2个反应器(燃料反应器+空气反应器)气体产物组成的影响。结果表明较高的反应器温度虽然有助于速控步(即气化反应)的进行,但是受载氧体的载氧率和颗粒循环速率的影响反而不利于CO2捕集。随着生物质进料量的增加,燃料反应器需氧量的上升,不利于燃料反应器CO2的捕集。而水蒸气量的增加有利于燃料反应器CO2的捕集,但是同时也导致H2的出现。     

烟煤氧解耦化学链气化及氮氧化物生成机理

通过机械混合与挤压法制备铜基载氧体CuO/MgAl,采用批量给料式流化床研究烟煤及其半焦在化学链气化过程中含碳气体和NO_x的逸出特性,并讨论不同反应条件对含碳气体和NO_x逸出的影响。结果表明:煤氧解耦化学链气化过程中产生的主要含碳气体为CO、CO_2和CH_4,氮污染物含有NO和N_2O;降低气化温度、减小水蒸气流量以及增大流化气体流量有利于削弱载氧体的烧结影响并减少NO_x排放。所得结果可为煤氧解耦化学链气化的应用和NO_x的控制提供有益参考。     

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。     

三床串联化学链生物质气化实验分析与预测

在自行搭建的三床串联化学链(TBS-CLC)生物质气化系统上研究了各控制参数(空气反应器风速、燃料反应器风速、循环物料质量和气化室床料高度)对循环流率的影响,将实验测得的129组数据作为训练样本和测试样本,利用反向传播(BP)神经网络模型、遗传算法(GA)优化的BP神经网络模型即GA-BP模型和支持向量机(SVM)模型...     

铁基载氧体的污泥化学链气化过程中氮迁移热力学模拟与实验研究

基于吉布斯自由能最小化原理,采用HSC Chemistry 6.0软件,对污泥化学链气化过程中NO_x前驱物（NH₃和HCN）与Fe₂O₃载氧体的氧化还原行为进行了热力学模拟。基于污泥热解实验中NO_x前驱物的含量,计算载氧体与污泥的摩尔比（OC/SS）对NH₃、HCN以及NH₃和HCN混合气氧化过程的影响。热力学模拟结果表明：Fe₂O₃能显著促进NO_x前驱物的氧化和裂解,主要生成N₂,几乎无NO_x生成;当NH₃、HCN以及混合气（NH₃和HCN）分别作为还原剂时,其最优OC/SS分别为0.02、0.04和0.05;由于HCN还原性强于NH₃,其氧化速率较快。基于Fe₂O₃/Al₂O₃混合物（FeAl）载氧体,实验对比了污泥化学链气化与污泥热解过程中NO_x前驱物的释放特性,发现Fe₂O₃能显著降低烟气中NO_x前驱物的产率,NH₃和HCN产率分别下降32%和62%。实验结果与热力学模拟结果一致。     

煤基化学链燃烧技术的NiO/NiAl_2O_4氧载体研究

直接以煤为燃料的化学链燃烧技术首先需要解决的关键问题是高性能氧载体.通过溶胶-凝胶法制备了几种不同NiO含量、不同烧结温度和不同煅烧时间的NiO/NiAl2O4氧载体,并对其物化性质进行了表征.实验结果表明,超过850℃时NiO/NiAl2O4与神府煤焦的还原反应快速进行,而60%(质量分数)NiO含量、1 300 ℃烧结6 h的NiO/NiAl2O4氧载体具有更好的还原反应性;在与煤焦/空气的单循环还原/氧化反应中,NiO/NiAl2O4表现出良好的循环反应性.实验结果证明基于NiO/NiAl2O4氧载体、燃用固体燃料煤焦的化学链燃烧技术是可行的.     

生物质化学链气化多联产工艺热力学分析

为提高生物质的利用效率,提出了生物质化学链气化氢-电-甲醇多联产工艺,采用CaO吸附强化Fe_2O_3生物质化学链气化过程,生产高纯度氢气和适用于甲醇合成的高氢碳比合成气。选用木屑作为生物质,利用Aspen Plus软件进行过程模拟和热力学分析,以合成气的氢碳比(H/C)、系统氢气效率、净电效率、甲醇效率和总效率作为评价指标,讨论了水蒸气与生物质质量比(S/B)、氧载体与生物质质量比(M_(Ca)/B、M_(Fe)/B)和气化压力(p_(CLG))对系统性能的影响。结果表明:在S/B=0.4、M_(Ca)/B=1、M_(Fe)/B=0.5和p_(CLG)=0.8 MPa时,系统性能最优,合成气的H/C为2.09,甲醇效率为41.28%,总效率为59.34%。     

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。     

CuFe2O4氧载体与小麦秆-煤化学链共气化研究

以小麦秆与印尼褐煤为原料,制备具有尖晶石结构的CuFe₂O₄复合氧载体,在自制多功能反应器上,系统研究了CuFe₂O₄氧载体反应活性及小麦秆和印尼褐煤化学链共气化特性,重点关注小麦秆和煤不同掺混比、气化温度、氧载体过量系数和水蒸气输入量这4个关键运行参数的影响。结果表明：CuFe₂O₄复合氧载体中Cu-Fe的协同作用有助于晶格氧的有效传递和反应活性的提升,而小麦秆和印尼褐煤化学链共气化时碳转化率及冷煤气效率比单一燃料的大,促进了高品质合成气的形成;小麦秆和褐煤在与CuFe₂O₄化学链气化过程中的最优运行参数为共气化温度950℃、氧载体过量系数0.2、水蒸气通入体积流量0.125 mL/min、小麦秆-印尼褐煤掺混质量比1∶1,在此最优条件下,合成气产量高达1.262 m³/kg, H₂与CO体积比为1.69,碳转化率为89.7%,合成气选择性为63.2%。     

生物质流态化催化气化技术工程化研究

在研究开发的内循环锥形流态化气化炉内。对稻草、麦草等软秸秆物料粉碎后，或者直接使用木屑等细粉状原料，进行了热解气化和催化气化的工程化应用试验研究。研究结果表明：气化反应在600—820℃的一个较宽温度范围内，均能稳定连续运行。麦草原料气化所产生的煤气热值比稻草和稻壳都高，其热值可达7716kJ／m^3。木屑气化所产生煤气热值最高则达9064kJ／m^3，远远高于一般生物质气化煤气。对流化床气化来讲，即使在非催化气化条件下，其气化产生的煤气热值比采用下吸式气化炉产生的煤气热值提高40%左右，并且气化温度较固定床(上吸式、下吸式)气化炉低。同时进行的催化气化试验发现，催化剂CaO能明显提高煤气热值、降低CO组分，Na2CO3催化气化能提高气体H2的含量。在800℃试验时，添加催化剂能明显提高气体的热值。     

基于锰矿石载氧体的准东煤化学链气化特性

化学链气化利用循环载氧体为气化过程提供氧化剂,碱金属修饰载氧体能显著催化气化过程.本文以高钠准东煤为燃料,反应性高、稳定性好的锰矿石为载氧体,探究循环次数、比氧耗和温度对准东煤化学链气化特性的影响.结果表明,随着循环次数增加,碱金属Na逐渐沉积在锰矿石表面,载氧体无明显烧结,反应性能良好;比氧耗的变化会影响合成气各组分浓度,比氧耗为4、温度900℃时,有效气组分可达78.83%.