發(fā)布時(shí)間：2021-09-05 07:18

　　生物質(zhì)催化氣化是將生物質(zhì)轉(zhuǎn)換成富氫氣體的有效途徑。該研究提出了一種由熱解反應(yīng)器、重整反應(yīng)器和提升管燃燒器三部分構(gòu)成的解耦三床生物質(zhì)氣化（decoupled triple bed gasification,DTBG）工藝。在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的DTBG氣化反應(yīng)裝置上,以水蒸氣為氣化劑,以橄欖石為原位焦油裂解催化床料,進(jìn)行了生物質(zhì)水蒸氣催化氣化試驗(yàn),考察了生物質(zhì)種類、重整器溫度、生物質(zhì)進(jìn)料速率對(duì)氣化效果的影響規(guī)律,并且對(duì)氣化副產(chǎn)物焦油的特性進(jìn)行了分析。試驗(yàn)結(jié)果表明,生物質(zhì)原料的揮發(fā)分對(duì)氣化產(chǎn)物分布的影響很大,原料揮發(fā)分含量越高,氣體產(chǎn)率越高,碳轉(zhuǎn)化率越高,氣體中的H2和CO體積分?jǐn)?shù)越大、CO2體積分?jǐn)?shù)越低。當(dāng)重整器溫度由750升高到850℃時(shí),氣體產(chǎn)率從0.91增加到1.08 m3/kg,焦油質(zhì)量濃度從19.1降低到7.3 g/m3,同時(shí)氣體品質(zhì)大幅度提升。隨著生物質(zhì)進(jìn)料速率的增加,產(chǎn)氣中H2體積分?jǐn)?shù)大幅度增加,CO2體積分?jǐn)?shù)大幅度降低,但是焦油質(zhì)量濃度基本不變。當(dāng)重整器溫度為800℃,白松木屑進(jìn)料速率為220 g/h時(shí),H2和CO體積分?jǐn)?shù)分別達(dá)到了42.2%和14.6%,產(chǎn)氣中焦油質(zhì)量濃度為10... 

【文章來(lái)源】：農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào). 2018,34(17)北大核心EICSCD

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【部分圖文】：

解耦三床氣化工藝示意圖Fig.1Principleofdecoupled-triple-bedgasification

農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)（http://www.tcsae.org）2018年22428mm，高度1956mm。在各反應(yīng)器上都安裝熱電偶和測(cè)壓計(jì)，以檢測(cè)溫度和壓力變化。圖2解耦三床氣化反應(yīng)裝置示意圖Fig.2StructuraldiagramofDTBGapparatus試驗(yàn)開始前，先將5.0kg橄欖石由料倉(cāng)頂部加入，將各反應(yīng)器在N2保護(hù)下加熱升溫至設(shè)定溫度。當(dāng)各反應(yīng)器達(dá)到設(shè)定溫度后，調(diào)節(jié)熱載體循環(huán)流量和提升管預(yù)熱空氣流量，使熱載體以4.5kg/h循環(huán)速率在各反應(yīng)器間穩(wěn)定循環(huán)，床料循環(huán)速率可以由熱解器和燃燒器之間的螺旋送料器控制。生物質(zhì)原料經(jīng)2臺(tái)螺旋進(jìn)料器進(jìn)入熱解器（溫度為700℃），一級(jí)螺桿進(jìn)料器控制生物質(zhì)進(jìn)料速率，二級(jí)螺桿進(jìn)料器快速將生物質(zhì)原料推入熱解器內(nèi)，與此同時(shí)水蒸汽以一定流量加入反應(yīng)系統(tǒng)，每組試驗(yàn)S/B（水蒸氣和生物質(zhì)質(zhì)量比）均為0.65。所產(chǎn)氣體經(jīng)過(guò)除塵器過(guò)濾進(jìn)入多級(jí)冷凝系統(tǒng)（15℃）實(shí)現(xiàn)氣-液分離。從進(jìn)料開始每隔10～15min采集氣體樣品，并用氣相色譜（GC7890II型）進(jìn)行分析。氣體中的H2利用熱導(dǎo)檢測(cè)器（TCD）分析，CH4、CO、CO2、C2H4、C2H6等組分利用氫火焰離子檢測(cè)器（FID）分析。試驗(yàn)過(guò)程中，上下料封和原料料倉(cāng)通入N2防止空氣進(jìn)入系統(tǒng)，因此產(chǎn)氣中N2體積分?jǐn)?shù)大概在2%～10%。最終氣體組成結(jié)果為系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，N2扣去后的各氣體組成的平均值。液體產(chǎn)品收集于圓底燒瓶中，用萃取和減壓蒸餾方法將液體產(chǎn)品分離為焦油和水，計(jì)算出焦油質(zhì)量濃度和水含量[6]。冷凝的焦油用Agilent-5975C氣相色譜儀進(jìn)行分析，色譜條件為：檢測(cè)器為FID；色譜柱為HP-5MS(30m×0.25mm×0.25μm)；氣化室溫度為250℃?

第17期亞力昆江·吐爾遜等：基于熱解-重整-燃燒解耦三床氣化系統(tǒng)的生物質(zhì)催化制富氫氣體225圖3不同生物質(zhì)原料氣化效果比較Fig.3Gasificationperformancecomparisonofdifferenttypeofbiomass圖4重整器溫度對(duì)氣體產(chǎn)率、低位熱值、焦油質(zhì)量濃度、氣體組成、碳轉(zhuǎn)化率和氣化效率的影響Fig.4Effectofreformertemperatureongasyield,tarcontent,gascomposition,carbonconversionandgasificationefficiency由圖4a可以看出，當(dāng)重整器溫度由700升高到850℃時(shí)，氣體產(chǎn)率由0.91增加到1.08m3/kg，焦油質(zhì)量濃度由19.1降低到7.3g/m3。焦油的裂解和水蒸氣重整反應(yīng)均為強(qiáng)吸熱反應(yīng)，重整器溫度的升高有利于這些反應(yīng)的進(jìn)一步進(jìn)行。隨著重整器溫度的升高，在橄欖石的催化作用下產(chǎn)氣中的更多焦油被轉(zhuǎn)化為小分子氣體，從而降低了焦油質(zhì)量濃度，提高了氣體產(chǎn)率�？梢钥闯�，重整器溫度的升高提高了橄欖石對(duì)焦油裂解/重整的催化活性。由圖4b可以看出，當(dāng)重整器溫度由700℃升高到850℃時(shí)，氣化效率由56.4%提高到了65.2%，碳轉(zhuǎn)化率由71.4%提高到81.4%。在DTBG氣化系統(tǒng)中，由于生物質(zhì)原料中的大部分碳以揮發(fā)分形式在重整器內(nèi)進(jìn)行水蒸氣催化重整反應(yīng)形成合成氣，因此，重整器溫度的升高使得焦油質(zhì)量濃度減少，氣化效率和碳轉(zhuǎn)化率增加。根據(jù)Schuster等[21]基于在雙流化床的能量衡算，當(dāng)原料總碳的42.6%送到燃燒反應(yīng)器燃燒時(shí)，系統(tǒng)不再需要額外的燃料燃燒來(lái)提供氣化反應(yīng)器所需要的熱量。在DTBG氣化系統(tǒng)中，單獨(dú)生物質(zhì)氣化產(chǎn)生的半焦燃燒不能滿足氣化反應(yīng)需要的能量，為此，可以通過(guò)在原料中添加高的含碳燃料如煤、石油焦以提高燃燒器中燃燒的炭含量，從而實(shí)現(xiàn)氣化系統(tǒng)“自供?

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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