【摘要】：生物質(zhì)是一種清潔的可再生能源，合理利用可緩解當(dāng)前常規(guī)能源短缺和環(huán)境污染帶來(lái)的壓力。在中意國(guó)際科技合作項(xiàng)目-“生物質(zhì)富氧氣化關(guān)鍵技術(shù)研究”(2009DFA61500)的資助下，從拓展生物質(zhì)氣化技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的角度出發(fā)，試制了鼓泡床冷模試驗(yàn)臺(tái)，并在此基礎(chǔ)上研制了處理量為50kg/h的流化床氣化試驗(yàn)系統(tǒng)；試驗(yàn)研究了不同氣化條件對(duì)氣化效果的影響；根據(jù)影響因素與氣化效果的對(duì)應(yīng)關(guān)系，選擇合適的氣化工藝來(lái)調(diào)控氣化氣的組分分布；研制生物質(zhì)氣化凈化裝置，完善生物質(zhì)氣化凈化技術(shù)，提出生物質(zhì)氣化深度凈化工藝；最后，試驗(yàn)研究了機(jī)動(dòng)車燃用生物質(zhì)氣化氣的行駛與排放特性以及不同條件對(duì)生物質(zhì)合成氣合成甲醇的影響因素。 本文首先分析了生物質(zhì)氣化技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀。發(fā)現(xiàn)生物質(zhì)氣化集中供氣和發(fā)電應(yīng)用中氫氣組分不宜過(guò)高，過(guò)高會(huì)引起爆燃現(xiàn)象；制氫要求燃?xì)庵斜M可能多的產(chǎn)生氫氣；合成液體燃料則要求燃?xì)庵蠬2和CO具有合適的化學(xué)當(dāng)量比。因此，如何有效控制生物質(zhì)氣化氣的組分組成是目前生物質(zhì)氣化技術(shù)面臨的重大問(wèn)題之一。另外，生物質(zhì)氣化氣中含有焦油、硫化物、氮化物等雜質(zhì)，在應(yīng)用過(guò)程中造成各種各樣的問(wèn)題，優(yōu)化生物質(zhì)氣化凈化工藝，開(kāi)發(fā)和研制新型、高效凈化裝置，有效去除燃?xì)庵械碾s質(zhì)，是生物質(zhì)氣化氣走向市場(chǎng)的另一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。 鼓泡流化床氣化系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試。由于流化床氣化爐具有氣固兩相接觸充分，傳熱傳質(zhì)強(qiáng)烈，床層溫度均勻，易于放大等特性被認(rèn)為是最具開(kāi)發(fā)前景的生物質(zhì)氣化反應(yīng)裝置之一。為確定相關(guān)參數(shù)，試制了有機(jī)玻璃冷模試驗(yàn)裝置，通過(guò)冷模試驗(yàn)確定不同粒徑物料的最小流化速度和布風(fēng)板阻力特性。在選定最大進(jìn)料速率為50kg/h的前提下，根據(jù)相似準(zhǔn)則數(shù)原則，設(shè)計(jì)了鼓泡流化床氣化系統(tǒng)，通過(guò)冷態(tài)試驗(yàn)和熱態(tài)調(diào)試的方式研究系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性。試驗(yàn)結(jié)果表明：開(kāi)孔率為1%的布風(fēng)板具有合適的阻力特性，布風(fēng)均勻；粒徑為0.38mm石英砂的最小流化速度為0.21m/s，粒徑為0.83mm木屑的最小流化速度為0.13m/s，石英砂和木屑混合物的最小流化速度為0.16m/s；熱態(tài)試驗(yàn)結(jié)果表明：鼓泡流化床氣化系統(tǒng)運(yùn)行正常，產(chǎn)出氣熱值較高(6200-6500kJ/m3)，可連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行3h以上。 為了掌握生物質(zhì)氣化影響因素，試驗(yàn)研究了反應(yīng)溫度、物料特性、氣化介質(zhì)、氣化設(shè)備結(jié)構(gòu)等對(duì)氣化效果的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)量比和反應(yīng)溫度是影響氣化效果的主要因素。富氧氣化是一種有效的生產(chǎn)中熱值燃?xì)獾臍饣绞�。加入水蒸氣�?duì)氣化效果的影響是正反兩個(gè)方面的，一方面，有效提高的氣化氣中H2的含量；另一方面，水蒸氣的加入致使床內(nèi)溫度下降較快，不利于氣化反應(yīng)的進(jìn)行。不同物料特性和爐型結(jié)構(gòu)對(duì)氣化產(chǎn)出氣組分分布有較大的影響。富氧-水蒸氣氣化是一種比較接近制取合成氣的氣化工藝。 根據(jù)不同影響因素對(duì)氣化氣組分分布的影響，提出了固定床高當(dāng)量比生物質(zhì)氧氣氣化制取中熱值氣化氣和鼓泡流化床生物質(zhì)氧氣-水蒸氣氣化制取合成氣試驗(yàn)研究。固定床生物質(zhì)高當(dāng)量比氧氣氣化試驗(yàn)表明：隨著當(dāng)量比從0.31增加到0.4，反應(yīng)溫度、碳轉(zhuǎn)化率和氣體產(chǎn)率均逐漸升高，而產(chǎn)出氣熱值逐漸降低，但保持在10MJ左右。通過(guò)提高當(dāng)量比來(lái)提高反應(yīng)溫度的方法，可有效降低產(chǎn)出氣中焦油的含量。反應(yīng)溫度達(dá)到1075℃時(shí)，是脫除焦油的一個(gè)重要溫度參考點(diǎn)。流化床生物質(zhì)氧氣-水蒸氣氣化試驗(yàn)表明：用外部熱源加熱的方法提高反應(yīng)溫度，有效提高了H2和CO含量，H2/CO值變化較小。隨著二次風(fēng)比率的逐漸增加，H2和CO2含量逐漸升高，CO、CH4和CnHm含量逐漸降低，焦油含量從1210mg降低到38mg，脫焦效果明顯。在試驗(yàn)范圍內(nèi)，當(dāng)量比為0.34，S/B為1.7時(shí)，合成氣中H2/CO達(dá)到最大值，為1.593。 由于生物質(zhì)合成氣對(duì)凈化要求較高，重點(diǎn)考察了焦油熱裂解、物理脫氮、催化脫氯和脫硫技術(shù)，并提出深度凈化工藝。試驗(yàn)結(jié)果表明：隨著裂解溫度的升高，焦油裂解氣中H2的含量明顯增加，CH4、C2H6、C2H4等脂肪烴的含量逐漸降低，而CO和CO2的含量呈振幅較小、趨勢(shì)大致相反的波形變化，焦油裂解產(chǎn)氣率明顯增加，在1000℃時(shí)可達(dá)79.03%。經(jīng)過(guò)硅膠過(guò)濾器后，合成氣中NH3和HCN的含量分別為0.32ppm和0.17ppm。以LG-02脫硫劑脫硫后，合成氣中H2S和CS2含量均為0，COS含量為46ppb。在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了生物質(zhì)合成氣深度凈化工藝，為生物質(zhì)基氣化合成氣的制備提供了技術(shù)支持。 試驗(yàn)研究了機(jī)動(dòng)車燃用生物質(zhì)氣化氣的行駛與排放特性。結(jié)果表明：相同條件下，燃用生物質(zhì)空氣氣化氣行駛里程是富氧氣化氣的1/3，燃用生物質(zhì)富氧氣化氣的行駛里程是天然氣的1/3；其動(dòng)力性、加速性能和最大速度與天然氣有較大差距。燃料（氣體成分）變化對(duì)機(jī)動(dòng)車尾氣中CO排放影響較小。過(guò)量空氣系數(shù)λ對(duì)CO的排放量具有決定性作用。以生物質(zhì)空氣氣化氣作為發(fā)動(dòng)機(jī)燃料時(shí)，HC排放量較低，以生物質(zhì)富氧氣化氣作為發(fā)動(dòng)機(jī)燃料時(shí)，HC排放量較高。使用生物質(zhì)空氣氣化氣和富氧氣化氣作為燃料時(shí)，NOx排放規(guī)律截然不同，說(shuō)明燃料類型(組分變化)對(duì)NOx排放起決定性作用。使用兩種不同組分生物質(zhì)氣化氣作為車用燃料時(shí)，其尾氣排放污染物量均遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于汽油，是一種清潔、可再生的代用燃料。 對(duì)比研究了配氣(純H2和純CO)和生物質(zhì)合成氣作為原料氣制取甲醇的影響因素。結(jié)果表明：在試驗(yàn)范圍內(nèi)，配氣和生物質(zhì)合成氣合成甲醇的最佳溫度分別為250℃和255℃。在反應(yīng)溫度和空速不變的情況下，隨著反應(yīng)壓力升高，甲醇的時(shí)空收率和CO轉(zhuǎn)化率均逐漸升高，CO2轉(zhuǎn)化率逐漸降低。配氣和生物質(zhì)合成氣的最大甲醇時(shí)空收率分別82%和47%。在反應(yīng)溫度和壓力不變的情況下，隨著時(shí)空速率升高，甲醇的時(shí)空收率逐漸升高，CO轉(zhuǎn)化率逐漸降低，CO2轉(zhuǎn)化率和液相產(chǎn)物中甲醇的選擇性變化不明顯。
【學(xué)位授予單位】：沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：TK6

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 李大中;郭放;;生物質(zhì)氣化氣中污染物氨催化脫除過(guò)程工況優(yōu)化[J];可再生能源;2013年10期

本文編號(hào)：2718701