收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

生物质合成气的组分调控技术及深度净化

孟凡彬  
【摘要】:生物质是一种清洁的可再生能源,合理利用可缓解当前常规能源短缺和环境污染带来的压力。在中意国际科技合作项目-“生物质富氧气化关键技术研究”(2009DFA61500)的资助下,从拓展生物质气化技术应用领域的角度出发,试制了鼓泡床冷模试验台,并在此基础上研制了处理量为50kg/h的流化床气化试验系统;试验研究了不同气化条件对气化效果的影响;根据影响因素与气化效果的对应关系,选择合适的气化工艺来调控气化气的组分分布;研制生物质气化净化装置,完善生物质气化净化技术,提出生物质气化深度净化工艺;最后,试验研究了机动车燃用生物质气化气的行驶与排放特性以及不同条件对生物质合成气合成甲醇的影响因素。 本文首先分析了生物质气化技术的应用现状。发现生物质气化集中供气和发电应用中氢气组分不宜过高,过高会引起爆燃现象;制氢要求燃气中尽可能多的产生氢气;合成液体燃料则要求燃气中H2和CO具有合适的化学当量比。因此,如何有效控制生物质气化气的组分组成是目前生物质气化技术面临的重大问题之一。另外,生物质气化气中含有焦油、硫化物、氮化物等杂质,在应用过程中造成各种各样的问题,优化生物质气化净化工艺,开发和研制新型、高效净化装置,有效去除燃气中的杂质,是生物质气化气走向市场的另一个关键技术。 鼓泡流化床气化系统设计与调试。由于流化床气化炉具有气固两相接触充分,传热传质强烈,床层温度均匀,易于放大等特性被认为是最具开发前景的生物质气化反应装置之一。为确定相关参数,试制了有机玻璃冷模试验装置,通过冷模试验确定不同粒径物料的最小流化速度和布风板阻力特性。在选定最大进料速率为50kg/h的前提下,根据相似准则数原则,设计了鼓泡流化床气化系统,通过冷态试验和热态调试的方式研究系统运行的可靠性和稳定性。试验结果表明:开孔率为1%的布风板具有合适的阻力特性,布风均匀;粒径为0.38mm石英砂的最小流化速度为0.21m/s,粒径为0.83mm木屑的最小流化速度为0.13m/s,石英砂和木屑混合物的最小流化速度为0.16m/s;热态试验结果表明:鼓泡流化床气化系统运行正常,产出气热值较高(6200-6500kJ/m3),可连续稳定运行3h以上。 为了掌握生物质气化影响因素,试验研究了反应温度、物料特性、气化介质、气化设备结构等对气化效果的影响。试验结果表明:当量比和反应温度是影响气化效果的主要因素。富氧气化是一种有效的生产中热值燃气的气化方式。加入水蒸气对气化效果的影响是正反两个方面的,一方面,有效提高的气化气中H2的含量;另一方面,水蒸气的加入致使床内温度下降较快,不利于气化反应的进行。不同物料特性和炉型结构对气化产出气组分分布有较大的影响。富氧-水蒸气气化是一种比较接近制取合成气的气化工艺。 根据不同影响因素对气化气组分分布的影响,提出了固定床高当量比生物质氧气气化制取中热值气化气和鼓泡流化床生物质氧气-水蒸气气化制取合成气试验研究。固定床生物质高当量比氧气气化试验表明:随着当量比从0.31增加到0.4,反应温度、碳转化率和气体产率均逐渐升高,而产出气热值逐渐降低,但保持在10MJ左右。通过提高当量比来提高反应温度的方法,可有效降低产出气中焦油的含量。反应温度达到1075℃时,是脱除焦油的一个重要温度参考点。流化床生物质氧气-水蒸气气化试验表明:用外部热源加热的方法提高反应温度,有效提高了H2和CO含量,H2/CO值变化较小。随着二次风比率的逐渐增加,H2和CO2含量逐渐升高,CO、CH4和CnHm含量逐渐降低,焦油含量从1210mg降低到38mg,脱焦效果明显。在试验范围内,当量比为0.34,S/B为1.7时,合成气中H2/CO达到最大值,为1.593。 由于生物质合成气对净化要求较高,重点考察了焦油热裂解、物理脱氮、催化脱氯和脱硫技术,并提出深度净化工艺。试验结果表明:随着裂解温度的升高,焦油裂解气中H2的含量明显增加,CH4、C2H6、C2H4等脂肪烃的含量逐渐降低,而CO和CO2的含量呈振幅较小、趋势大致相反的波形变化,焦油裂解产气率明显增加,在1000℃时可达79.03%。经过硅胶过滤器后,合成气中NH3和HCN的含量分别为0.32ppm和0.17ppm。以LG-02脱硫剂脱硫后,合成气中H2S和CS2含量均为0,COS含量为46ppb。在试验的基础上,设计了生物质合成气深度净化工艺,为生物质基气化合成气的制备提供了技术支持。 试验研究了机动车燃用生物质气化气的行驶与排放特性。结果表明:相同条件下,燃用生物质空气气化气行驶里程是富氧气化气的1/3,燃用生物质富氧气化气的行驶里程是天然气的1/3;其动力性、加速性能和最大速度与天然气有较大差距。燃料(气体成分)变化对机动车尾气中CO排放影响较小。过量空气系数λ对CO的排放量具有决定性作用。以生物质空气气化气作为发动机燃料时,HC排放量较低,以生物质富氧气化气作为发动机燃料时,HC排放量较高。使用生物质空气气化气和富氧气化气作为燃料时,NOx排放规律截然不同,说明燃料类型(组分变化)对NOx排放起决定性作用。使用两种不同组分生物质气化气作为车用燃料时,其尾气排放污染物量均远远低于汽油,是一种清洁、可再生的代用燃料。 对比研究了配气(纯H2和纯CO)和生物质合成气作为原料气制取甲醇的影响因素。结果表明:在试验范围内,配气和生物质合成气合成甲醇的最佳温度分别为250℃和255℃。在反应温度和空速不变的情况下,随着反应压力升高,甲醇的时空收率和CO转化率均逐渐升高,CO2转化率逐渐降低。配气和生物质合成气的最大甲醇时空收率分别82%和47%。在反应温度和压力不变的情况下,随着时空速率升高,甲醇的时空收率逐渐升高,CO转化率逐渐降低,CO2转化率和液相产物中甲醇的选择性变化不明显。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 唐强;于凤文;吕红云;计建炳;;金属离子对生物质热裂解的影响[J];化工进展;2010年S1期
2 林琳;;中国生物质能产业可持续发展经济学分析[J];鄱阳湖学刊;2010年06期
3 丁启朔;生物质能转化技术的发展趋势[J];农村能源;1998年05期
4 宋永利,杨丽华;工业锅炉生物质燃烧技术[J];节能技术;2003年03期
5 匡廷云 ,白克智 ,卢从明 ,李淑芹 ,董凤琴;生物质能源技术前瞻[J];太阳能;2004年04期
6 李新禹,苏文;生物质能用于热电冷三联供系统的可行性探讨[J];节能与环保;2005年09期
7 谭文雄;周玉申;马延军;;生产性粉尘的生物质能特性与环境影响分析[J];木材加工机械;2005年06期
8 姚向丽;肖波;邹先梅;;新型生物质粉体燃料破碎系统[J];中国环保产业;2006年10期
9 管数园;李艳红;;生物质能的转化和利用技术研究[J];能源研究与利用;2007年05期
10 寇建平;田宜水;张玉华;;美国生物质能的发展状况及对我国的启示[J];可再生能源;2007年06期
11 王宇波;;生物质能利用方式对发展农村循环经济的影响[J];湖北农业科学;2008年12期
12 周永奎;;分布式发电系统在生产企业中的应用[J];上海电力;2009年04期
13 刘飞翔;刘伟平;;基于能源安全与环境思考的生物质能产业发展[J];科技和产业;2009年10期
14 刘耕;;一批生物质能等方面的农村能源农业行业标准颁布实施[J];中外能源;2010年10期
15 张晓红;;中国生物质能发展动态[J];山西财经大学学报;2010年S2期
16 邱凌;;改进生物质燃烧技术和提高效率的途径[J];能源研究与利用;1989年01期
17 张包钊;欧洲联盟生物质能发展远景[J];能源工程;1995年01期
18 ;生物质能自动燃烧器及系列炉具通过鉴定[J];节能与环保;2001年04期
19 ;动态信息[J];可再生能源;2006年05期
20 徐庆福;王立海;;现有生物质能转换利用技术综合评价[J];森林工程;2007年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 王贤华;陈汉平;邵敬爱;杨国来;张世红;刘德昌;;国外生物质能发展战略对我国的启示[A];2004年中国生物质能技术与可持续发展研讨会论文集[C];2004年
2 张建社;郭庆杰;;流化床生物质CO_2催化气化模拟分析[A];中国化工学会2011年年会暨第四届全国石油和化工行业节能节水减排技术论坛论文集[C];2011年
3 周斌;雷建国;魏然;;生物质(秸秆)成型燃料制备技术应用与市场需求展望[A];2011中国环境科学学会学术年会论文集(第四卷)[C];2011年
4 田原宇;梁鹏;盖希坤;乔英云;;自混合下行循环流化床生物质快速热解制燃料油[A];2009全国可再生能源—生物质能利用技术研讨会论文集[C];2009年
5 王玉琪;;生物质炉具:市场前景看好,更需政府支持[A];2009第三届中国民用炉具研讨会暨产品展示会、2009生物质成型燃料加工设备及技术交流会会刊[C];2009年
6 孙凤莲;王雅鹏;;可持续发展理论对生物质能源开发利用的影响研究[A];技术创新与现代农业发展[C];2009年
7 王革华;;生物质能在能源系统和农村经济中的作用及发展战略[A];21世纪太阳能新技术——2003年中国太阳能学会学术年会论文集[C];2003年
8 王述洋;李东升;;生物质能的开发利用与我国西部的大开发和可持续发展[A];西部大开发 科教先行与可持续发展——中国科协2000年学术年会文集[C];2000年
9 杨平原;张勍;;能源节约与开发[A];2004全国能源与热工学术年会论文集(2)[C];2004年
10 罗永浩;苏毅;;在产学研结合中推进生物质能发展[A];2008中国生物质能源技术路线标准体系建设论坛论文集[C];2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 孟凡彬;生物质合成气的组分调控技术及深度净化[D];沈阳农业大学;2012年
2 黄浩;湿生物质定向气化制取高浓度氢气的实验研究及理论分析[D];上海交通大学;2010年
3 尚琳琳;生物质流化床燃烧粘结特性及控制研究[D];中国科学院研究生院(工程热物理研究所);2012年
4 刘倩;基于组分的生物质热裂解机理研究[D];浙江大学;2009年
5 王志红;神华不粘煤和胜利褐煤与生物质共液化反应研究[D];中国矿业大学(北京);2009年
6 闫文刚;生物质常温开模致密成型研究[D];北京林业大学;2011年
7 刘军利;木质纤维类生物质定向热解行为研究[D];中国林业科学研究院;2011年
8 闫桂焕;下吸式固定床农林类生物质低焦油气化过程试验研究与数值计算[D];山东大学;2011年
9 彭林才;生物质甲醇中直接降解制取乙酰丙酸甲酯的研究[D];华南理工大学;2012年
10 吴文广;生物质焦油均相转化及其在焦炭中异相脱除的实验研究[D];上海交通大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 牛振华;HPB-V型生物质成型机的改进与试验分析[D];河南农业大学;2010年
2 朱孔远;生物质与煤共热解实验研究[D];河南理工大学;2010年
3 贺鹏;热解温度对生物质焦油裂解率影响的实验研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
4 段宇;生物质料物理压缩成型参数优化研究[D];华北电力大学(河北);2010年
5 何继龙;生物质块状燃料成型机的研究设计[D];南京林业大学;2010年
6 刘威;生物质能开发利用设计与环境效应的研究[D];东北师范大学;2002年
7 刘俊伟;生物质能资源化利用系统的初始条件及生物周期评价的研究[D];北京化工大学;2010年
8 刘超;基于ANSYS的生物质成型流变规律及进料螺杆模态特性研究[D];山东大学;2010年
9 朱向伟;落下床中煤与生物质快速共热解研究[D];大连理工大学;2010年
10 俞宏德;生物质电厂燃料供应系统的模拟与优化[D];浙江大学;2011年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 王占奇;生物质能开发利用工程将在我区启动[N];锡林郭勒日报;2006年
2 记者王小胜、常云亮;印尼采用我市农民王有权发明的新技术开发生物质能[N];唐山劳动日报;2010年
3 中科院广州能源研究所生物质能中心主任 李海滨;生物质能发展要洗好切入点[N];中国化工报;2007年
4 姚润丰;农业生物质能产业发展规划出台[N];中国证券报;2007年
5 本报记者 陈磊;肖明松:为生物质能奔走呼号[N];科技日报;2007年
6 本报记者 陈瑜;发展可再生能源,不要轻视了生物质能[N];科技日报;2009年
7 记者 顾定槐;生物质能和炼制油技术成热点[N];中国化工报;2005年
8 雷奔;生物质能前景诱人[N];中国矿业报;2002年
9 孟祥宾;济锅打造生物质能“锅炉航母”[N];中国工业报;2007年
10 本报记者  孙雷;财税规划:支持生物质能发展“路线图”[N];21世纪经济报道;2006年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978