生物質(zhì)氣化影響因素的分析

208年第3期新疆農機化農村新能源生物質(zhì)氣化影響因素的分析車(chē)麗娜,王維新(石河子大學(xué)機電學(xué)院新疆石河子832000)摘要:闡述了生物質(zhì)氣化的原理及有關(guān)生物質(zhì)氣化技術(shù),分析了物料、氣化反應器、氣化溫度和氣化劑對生物質(zhì)氣化特性的影響,指出了生物質(zhì)氣化技術(shù)中的關(guān)鍵問(wèn)題關(guān)鍵詞:生物質(zhì)能;生物質(zhì)氣化;生物質(zhì)氣化技術(shù)中圖分類(lèi)號:S21文獻標識碼:A3影響生物質(zhì)氣化的主要因素文章編號:1007-7782(2008)03-0041-033.1氣化溫度的影響生物質(zhì)能氣化技術(shù)在生物質(zhì)氣化過(guò)程中,氣化溫度是一個(gè)很重要的參數溫度的高低不但會(huì )影響產(chǎn)氣的速率,而且對生物質(zhì)能轉化技術(shù)主要包括生物質(zhì)氣化、液化、物料反應過(guò)程中的吸放熱等可逆反應也一定的影固化以及直接燃燒技術(shù)等幾大類(lèi)。作為能量轉化的響,從而最終影響到氣化產(chǎn)物分布、產(chǎn)品氣的組成主要手段之一,生物質(zhì)氣化技術(shù)將生物質(zhì)轉化為氣產(chǎn)氣率熱解氣熱值。宿鳳明等吧在100c0℃體燃料是目前生物質(zhì)能利用技術(shù)研究的熱門(mén)方向。300℃,400℃,500℃,600咒℃,700℃,800℃,900℃下干典型的氣化技術(shù)有以下3種:干餾工藝快速熱解工餾松樹(shù)鋸末和棉稈等得出隨著(zhù)溫度的升高固體產(chǎn)藝、氣化工藝。其中前兩種工藝適用于木材或木屑的率下降,而氣體產(chǎn)率增加,液體產(chǎn)率在600-700℃達熱解;后一種適用于農作物如玉米、棉花等秸稈的氣到最大值,說(shuō)明在這一溫度有很強的裂解反應發(fā)生化。生物質(zhì)氣化技術(shù)的一般工藝過(guò)程主要由四大系陳蔚萍等研究了在流態(tài)化狀態(tài)下不同生物質(zhì)原料統組成,分別為進(jìn)料系統、氣化反應器(氣化爐)氣的氣體產(chǎn)物產(chǎn)率成分隨反應溫度的變化規律,得出化氣體凈化系統和氣化氣體處理系統如發(fā)電系統。隨著(zhù)溫度的升高,生物質(zhì)熱解氣化產(chǎn)物的產(chǎn)率增加,2生物質(zhì)氣化的原理熱值降低;H2在氣體產(chǎn)物中的體積百分率增加,而生物質(zhì)氣化是指以固體生物質(zhì)(秸稈鋸末等)CO0和CmHn的含量則有所下降,這樣不利于產(chǎn)品為原料,以氧氣(空氣富氧或純氧、水蒸氣或氫氣氣熱值的提高,但有利于產(chǎn)氣率及碳轉化率的增加等作為氣化劑(或稱(chēng)氣化介質(zhì))在高溫條件下通過(guò)CH和CO含量減小歸因于CH、CO和水生成CO2熱化學(xué)反應將生物質(zhì)中可燃的部分轉化為可燃氣的和H,高溫提供了熱裂解和蒸汽氣化的適宜條件。過(guò)程。其原理如圖1所示。生物質(zhì)氣化時(shí)產(chǎn)生的氣趙俊成等研究了稻殼在管式熱解爐中氣化時(shí)溫度的體主要有COH2和CH等稱(chēng)為生物質(zhì)氣體"影響,得出隨著(zhù)溫度的升高,CO、CH4、O2的百分含量基本不變,CO2的百分含量明顯下降H2的百分含量HO, COCO,, H,, CH4, 0急劇上升;氣體的熱值也增加,但是增加的幅度越來(lái)大分子有機物H.CH越小,溫度到了700℃左右,再提高溫度沒(méi)有太大意(烴,芳香化合物)義;眾多學(xué)者的研究表明,隨著(zhù)溫度的升高,產(chǎn)氣率增加,反應速率增大,對產(chǎn)氣成分的組成則隨著(zhù)實(shí)驗條件的不同而不同。在熱解的初始階段溫度增加氣無(wú)機物灰分體產(chǎn)率增加,歸因于揮發(fā)物的裂解。其次,焦油的裂2解也中國煤化工主物質(zhì)氣化過(guò)程中圖1生物質(zhì)氣化原理CNMH(生成小分子氣體如CmHn、UU、H2H4收稿日期:200805073.2氣化劑的影響41農村新能源新疆農機化2008年第3期目前生物質(zhì)氣化技術(shù)中采用的氣化劑主要有3表1不同物料在相同工況下的燃氣成分種:空氣氣化、富氧氣化和空氣-水蒸氣氣化。氣化氣化溫度500℃、O2流量為olmh例劑不同,氣化爐出口產(chǎn)生的氣體組分也不同。氧氣物料 CO CH H2Co2其它做氣化介質(zhì)時(shí),CO的含量要明顯高過(guò)空氣做氣化果皮50758769.1142628介質(zhì)時(shí)CO的含量,這可能是由于參與燃燒的氧氣樹(shù)枝186126.1318524313244量增加,從而使得參與還原反應CO2氣體濃度增從表1可以看出,果皮氣化生成的CO高達加,提高了CO的含量,同時(shí)也增加了CO2的含量;58.76%,而樹(shù)枝的僅為2613%;CO2的變化也很CHL氣體的含量有所下降,原因可能是由于部分與大;甲烷氣體也不盡相同,由于加入反應的水非常過(guò)剩的O2發(fā)生燃燒反應,同時(shí)N2的加入稀釋了其少,可以認為甲烷生成主要是從熱解得到的;熱解過(guò)濃度,最后影響產(chǎn)氣熱值。氣化介質(zhì)為氧氣+水蒸氣程中生成的H2含量都比較高,而兩種物質(zhì)氣化反應時(shí),CO、CH4、H2三種氣體的含量要比氣化介質(zhì)為氧生成的H2的含量都少于5%這可能是由于生成的氣時(shí)對應成分高很多,特別是H2的含量從831%H2與02反應生成水分而蒸發(fā);從生成的可燃氣(僅提高2326%,CH從9.32%提高1668%,CO也從指CO、CH、H2)比例來(lái)看,果皮(72.13%)>樹(shù)枝3461%提高到4352%。產(chǎn)生這種現象的主要原因(4896%),果皮的效果好于樹(shù)枝。是發(fā)生了生成水煤氣(粗煤氣)的反應:C+HO→34氣化反應器的影響CO+H2(1),C+2H4O→CO2+2H2(2),同時(shí)一些碳氫生物質(zhì)氣化技術(shù)的核心是氣化設備(氣化爐)?；衔镆矔?huì )參與反應,如:C2H2+2H2O→2CO+3H2根據爐型的不同,大致可分為固定床氣化爐和流化(3)。這些反應作用的共同結果使得產(chǎn)氣中可燃氣床氣化爐。固定床氣化爐適用于物料為塊狀及大顆成分如CO、CH、H2等含量增多,特別是H2的含量粒原料。它結構簡(jiǎn)單,制作方便,具有較高的熱效率,增加的效果最明顯,從而導致產(chǎn)氣熱值提高,這說(shuō)明但內部過(guò)程難以控制,內部物料容易搭橋形成空腔水蒸氣是很重要的氣化介質(zhì)。通常水蒸氣包括了物且處理量小。流化床氣化爐適合含水分大、熱值低、料中的水分以及外部加入系統的水蒸氣,其作用是著(zhù)火困難的細顆粒原料,原料適應性廣,可大規模、除了可以提高碳的轉化率外,還可以有效地調節產(chǎn)高效率利用。流化床還具有氣固充分接觸、混合均勻氣組分,從而得出純氧-水蒸氣氣化有利于合成甲的優(yōu)點(diǎn),是唯一的恒溫床上反應的氣化爐,反應溫度醇?？諝?水蒸氣氣化結合了空氣氣化設備簡(jiǎn)單操般為700-850℃,其氣化反應在床內進(jìn)行焦油也作維護簡(jiǎn)便以及水蒸氣氣化氣中H2含量高的優(yōu)點(diǎn),在床內裂解。生物質(zhì)氣化過(guò)程中產(chǎn)生的可燃氣的特用較低的運行成本得到H2與CO含量高的氣體。此性受到氣化爐的形式與運行方式等因素的影響。不可燃氣熱值髙,運行和生產(chǎn)成本較低,適合于其他化同氣化設備可燃氣熱值的區別見(jiàn)表2。由表2可以學(xué)品的合成,是較理想的氣化介質(zhì)?？闯隽骰矚饣癄t的產(chǎn)氣熱值總體上高于固定床氣33氣化物料性質(zhì)的影響化爐。物料粒度大小、總表面積及其含水量等對于燃表2不同氣化設備可燃氣熱值料層中的氣化過(guò)程均具有很大的影響,物料粒徑越類(lèi)型下吸式上吸式橫吸式鼓泡床循環(huán)床雙流床攜帶床小,其總表面積越大,熱交換和擴散過(guò)程就進(jìn)行得越空氣△△△△激烈,使整個(gè)氣化過(guò)程進(jìn)行得越激烈和越完全。并氧氣 oOO O C且物料粒徑小,其熱阻力也小,氣化爐內的溫度分布水蒸汽也就越均勻,氣化結果好。水分的影響主要體現在△為低熱值氣體;O為中熱值氣體兩個(gè)方面:一方面蒸發(fā)需要消耗氣化過(guò)程中燃燒反35壓力的影響應所放出的熱量;另一方面,由于水是一種氣化劑,Encinar等在研究草本植物的水蒸氣氣化時(shí)能與C發(fā)生水煤氣反應生成H和CO2進(jìn)而提高氣溫度V凵中國煤化工體的產(chǎn)率和轉化氣的質(zhì)量?；蔆NMHG在水蒸氣氣化過(guò)程中,水氣遷移反應是主要反厘控制著(zhù)氣體的2008年第3期新疆農機化·農村新能源產(chǎn)生,也是氫氣的主要來(lái)源。壓力增高氫氣的產(chǎn)率提高;而且與氧氣作氣化劑相比,H2含量提高的更也增高。所以,在水蒸氣氣化時(shí),可以通過(guò)調節水蒸多,這是由于發(fā)生了粗煤氣反應的結果。氣的壓力來(lái)調節氫氣的產(chǎn)率,亦適應不同的需要。(3)通常情況下,物料粒徑越小,其總表面積和Pasban n等四在一空氣鼓泡加壓流化床中氣化木質(zhì)含有的水分越大,熱交換和擴散過(guò)程就進(jìn)行得越激生物質(zhì),壓力在5063-2065kPa,得出壓力增大,烈使整個(gè)氣化過(guò)程進(jìn)行得越激烈和越完全,生成的脫揮發(fā)分的速度減慢而加強了裂解反應,產(chǎn)生的焦可燃氣也就越多。油量和氣相濃度都減小。操作壓力提高,一方面能(4)在一定的情況下流化床生物質(zhì)氣化爐比固提高生產(chǎn)能力,另一方面能減少帶出物損失。從結定床生物質(zhì)氣化爐產(chǎn)生的可燃性氣體熱值較高構上看,在具有同樣的生產(chǎn)能力時(shí),壓力提高,氣化(5)氣化反應器內壓力增加,生物質(zhì)氣化的產(chǎn)爐容積可以減小,后續工段的設備也可減小尺寸,而率增加,有利于生成可燃性氣體。且凈化效果好。所以流化床目前都從常壓向高壓方向發(fā)展,但壓力的增加也增加了對設備及其維護的◆考文獻:要求[姚向君,田宜水生物質(zhì)能資源清潔轉化利用技術(shù)圍M,化學(xué)工業(yè)出版社,2004結論2]宿鳳明,孫紹增等生物質(zhì)空氣氣化機理和燃氣品質(zhì)影響(1)氣化溫度的提高使得碳的轉化率提高,氣因素研究哈爾演濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報20031:18981902化反應速度加快,氣化過(guò)程得到強化;反應溫度提陳蔚萍陳迎偉等生物質(zhì)氣化工藝技術(shù)應用與進(jìn)展,河南大學(xué)學(xué)報,2007,37(1):35-41高,使得生物質(zhì)熱解氣化產(chǎn)物的產(chǎn)率增加,熱值降4]李延吉李潤東等.生物質(zhì)氣化特性的實(shí)驗研究門(mén),電站低,H2的含量有所增加,而CH4的含量有所降低,原系統工程,2007,23(6):12-15因是CH4CO和水生成CO2和H2;同時(shí)溫度升高促魏敦崧,李芳芹等生物質(zhì)固定床氣化試驗研究,同濟進(jìn)焦油的裂解,生成小分子可燃性氣體。大學(xué)學(xué)報,2006,34(2):256-259(2)空氣作氣化劑時(shí),產(chǎn)氣中可燃氣的含量普6 Encinar J M, Gonzalez, Gonzalez JSteam gasification of遍低,原因是N2的加入稀釋了可燃氣的濃度;與空Cynara cardunculus L influence of variables [). Fuel Processing Technology, 2002, 75: 27-43氣相比使用氧氣作氣化劑,可明顯提高產(chǎn)氣質(zhì)量,但[7] Panban N, Wang W Y, Ye Z C Tar formation in pressurizedCO2的濃度也會(huì )增大;實(shí)驗系統中加人水蒸氣后,fluidized bed air gasification ofwoody biomass (J). Energy&FuCO、CH4、H2的含量明顯增加,熱值也相應有很大的els2000,14(3):603-6l1+““““““““““““““(上接第38頁(yè))(3)對棉花纖維品質(zhì)的關(guān)系:脫葉處理多數可從1958-1972年在7個(gè)單位使用效果看氯酸提高衣分率0.3%-1.45%,提高纖維的細度(公支鎂有良好的脫葉效果,對棉花纖維品質(zhì)沒(méi)有顯著(zhù)影數),從而提高紡紗價(jià)值。纖維長(cháng)度略有減少,減少響,仍符合紡織工業(yè)要求也不影響收購價(jià)格。其中0.23-1.68cm,基本上不影響等級。其他物理性能可在二十團、車(chē)排子第二農場(chǎng)的數據都是從大面積整維持一般手工采棉水平滿(mǎn)足紡織工業(yè)要求塊條田的棉田上取得的,有代表性(4)對棉籽品質(zhì)的關(guān)系:噴藥脫葉對棉籽千粒(1)脫葉效果:噴藥后到第15天脫葉率可達重有些影響。減輕多少與噴藥時(shí)間及棉鈴著(zhù)生部位85%~99%,比對照未噴藥的提高53%-62%有關(guān),一般減輕2-647g脫葉噴藥對棉籽發(fā)芽率也催熟效果:使霜前花達到83%-97%,比對照的有些影響。又據國外中亞棉區生產(chǎn)經(jīng)驗,各種脫葉劑增加89%-37.27%。在平均每株棉花吐絮1-2個(gè)棉鈴時(shí)噴藥脫葉的,會(huì )(2)對產(chǎn)量的影響:只噴藥脫葉,在正常棉田不減中國煤化工9%),而在吐絮2會(huì )減產(chǎn)。噴藥催熟后對產(chǎn)量有些影響,但減產(chǎn)的主3個(gè)CNMHG均不大于2-5g要是占比例很小、價(jià)值低的霜后花和桃子花而占絕對含油率無(wú)明顯影響在正確噴藥脫葉時(shí),還可促進(jìn)大部分的優(yōu)質(zhì)、價(jià)值高的霜前花產(chǎn)量卻普遍提高。棉籽后熟提高發(fā)芽率。