基于感應(yīng)加熱方法的流化床生物質(zhì)氣化試驗與模擬.pdf

1、生物質(zhì)氣化制取燃氣或富氫合成氣，是生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換利用的有效途徑，對于能源的可持續(xù)利用和環(huán)境保護具有重要意義，目前還處于探索階段。很多學(xué)者對生物質(zhì)制氫技術(shù)進行了較為深入的研究，但由于氣化反應(yīng)器和氣化劑的差異，以及操作條件的影響所取得的效果也各不相同。針對這個問題，提出基于感應(yīng)加熱技術(shù)的流化床生物質(zhì)氣化技術(shù)路線，設(shè)計并建立了小型感應(yīng)加熱式生物質(zhì)氣化試驗系統(tǒng)，從反應(yīng)器內(nèi)部為流態(tài)化的生物質(zhì)顆粒熱解和氣化過程提供熱量，實現(xiàn)氣化過程的全程準確控溫，并

2、進行了氣化反應(yīng)器的升溫特性試驗、進料速率標定試驗。以稻殼為生物質(zhì)原料，水蒸汽和空氣為氣化劑，進行了生物質(zhì)氣化制取高熱值燃氣實驗、生物質(zhì)氣化制氫試驗，對生物質(zhì)氣化工藝過程進行模擬計算，最后進行了生物質(zhì)氣化過程的煳分析。主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下:
　　進行生物質(zhì)氣化制氫試驗研究，考察了氣化溫度、蒸汽生物質(zhì)質(zhì)量比(S/B)、當量比(ER)對產(chǎn)物氣成分和產(chǎn)氫率的影響。試驗結(jié)果表明:氣化溫度在800℃時，H2濃度隨著S/B增大或ER減小而升高

3、，H2產(chǎn)率分別在S/B為1.5和ER為0.22存在最大值。在溫度為950℃、S/B為1.5、ER為0.22時，H2濃度和產(chǎn)率同時達到最大值35.47％和78.22g/kg。產(chǎn)物氣有通過促進變換反應(yīng)，進一步提高H2濃度和產(chǎn)率的潛力。
　　采用交互正交試驗設(shè)計方法，進行生物質(zhì)氣化制取熱值燃氣試驗，研究了氣化過程的操作條件對產(chǎn)物氣低位熱值的影響。各因素及其交互作用對低位熱值影響的主次順序為:當量比＞氣化溫度＞蒸汽生物質(zhì)質(zhì)量比＞氣化溫度與

4、當量比的交互作用＞蒸汽生物質(zhì)質(zhì)量比與當量比的交互作用＞氣化溫度與蒸汽生物質(zhì)質(zhì)量比的交互作用，其中當量比、氣化溫度、蒸汽生物質(zhì)質(zhì)量比對燃氣低位熱值的影響特別顯著。交互作用分析獲得生物質(zhì)氣化制取燃氣的較優(yōu)方案:氣化溫度750℃，蒸汽生物質(zhì)質(zhì)量比0.75，當量比0.25，在該條件下燃氣的低位熱值最高(6.530MJ/m3)。
　　采用交互正交試驗設(shè)計方法，進行生物質(zhì)氣化制取富氫合成氣試驗，研究了氣化過程的操作條件對氫氣濃度的影響。極差分

5、析和方差分析的結(jié)果一致表明:在試驗條件范圍內(nèi)，各因素及其交互作用對H2濃度的影響主次順序為:當量比＞氣化溫度＞蒸汽生物質(zhì)質(zhì)量比＞氣化溫度與蒸汽生物質(zhì)質(zhì)量比的交互作用＞蒸汽生物質(zhì)質(zhì)量比與當量比的交互作用＞氣化溫度與當量比的交互作用，其中當量比、氣化溫度、蒸汽生物質(zhì)質(zhì)量比對氫氣濃度的影響特別顯著。交互作用分析獲得生物質(zhì)氣化制氫最佳的工作條件:氣化溫度800℃，蒸汽生物質(zhì)質(zhì)量比2.5，當量比0.22，在該條件下氫氣濃度最高(38.27％)。<

6、br>　　建立基于ASPEN PLUS軟件的生物質(zhì)空氣-蒸汽氣化模型，通過對氣化工藝過程進行模擬計算以及靈敏度分析，研究了蒸汽生物質(zhì)質(zhì)量比、氣化溫度、當量比等因素對生物質(zhì)氣化指標的影響。研究結(jié)果表明:在750～950℃范圍內(nèi)，隨著氣化溫度的提高，H2濃度不斷增加，CO濃度降低，產(chǎn)物氣的產(chǎn)率逐步提高，產(chǎn)物氣的熱值降低，產(chǎn)氫率提高，蒸汽分解率提高;隨著S/B在1.6～2.4范圍內(nèi)增大，H2濃度提高，CO、CH4和CO2濃度降低，產(chǎn)物氣的產(chǎn)率

7、提高，產(chǎn)物氣熱值降低，蒸汽分解率提高;隨著ER在0.20～0.28范圍內(nèi)增大，CO、H2、CH4濃度降低，CO2濃度提高，產(chǎn)物氣產(chǎn)率增大，產(chǎn)物氣中可燃組分濃度降低和不可燃組分濃度提高造成產(chǎn)物氣熱值降低，蒸汽分解率的模擬值先增加后降低，存在峰值。本文所建模型比較全面的反映了生物質(zhì)氣化的規(guī)律，能夠為試驗系統(tǒng)設(shè)計、調(diào)試和運行提供理論指導(dǎo)。
　　建立感應(yīng)加熱式氣化反應(yīng)器的氣化進程煳流圖，計算氣化過程中的各項物流的煳，研究了操作條件對產(chǎn)物氣

8、煳值分布的影響、煳效率和氣化效率的影響。煳分析表明:當氣化溫度由750℃升高到950℃時，產(chǎn)物氣的煳值呈現(xiàn)增加的趨勢，氣化進程的氣化效率和煳效率均升高;當S/B從1.6增加到2.4時，產(chǎn)物氣的煳值呈現(xiàn)增加的趨勢，氣化效率隨著S/B的增加而升高，但是煳效率先增加再降低，表明S/B存在一個最佳值;當ER從0.2增加到0.28時，產(chǎn)物氣總煳值先增加后降低。隨著ER的增大，氣化效率和煳效率都是先增加后降低的趨勢，這就表明從能量的合理利用角度考慮