中国典型煤种煤焦水蒸气气化反应特性研究

研究了5种典型煤种在1 100～1 400 ℃范围内的煤焦水蒸气气化反应特性,并利用未反应碳缩合模型进行数值模拟.实验与计算结果表明,在煤焦水蒸气气化反应过程中,随着温度的升高,气化反应控制步骤逐渐由化学反应动力学控制过渡到扩散控制;在高温条件下,高灰熔点煤与低灰熔点煤的气化反应特性有所不同,这与高温下低灰熔点煤灰发生熔融、灰层阻力增大有关.未反应碳缩核模型的计算值与实验值吻合较好.     

稻草快速热解半焦的CO_2气化动力学

利用热重分析仪研究了快速热解温度为400,500,600℃时得到的稻草半焦的CO2气化动力学。研究了温度为850,900,950,1 000℃时半焦的CO2气化过程。结果表明,随着稻草热解温度的提高,半焦的气化反应速率呈下降趋势。利用随机孔模型进行了模拟,并计算出了其动力学参数。结果表明,随机孔模型能较好地反映快速热解稻草半焦气化反应速率达到最大值后再下降的现象,与实验结果相吻合,半焦的活化能随着快速热解温度的升高而升高。     

原位捕集CO2条件下的木粉热解气化实验研究

生物质制氢研究是可再生能源的重要方向之一,但生物质气化过程中产生的CO2导致燃气中氢气含量降低.本文在一种整体式新型生物质气化催化反应器上,进行了木粉热解气化CaO原位捕集CO2的实验研究,结果表明：在最佳热解条件下产生的燃气中H2,CO,CO2体积百分数为：26.89%,27.00%,10.34%.XRD分析表明加入的CaO有明显的原位捕集CO2作用,CaO对CO2的捕集率可高达47.5%.此外,加入的CaO对木粉气化过程中产生的焦油有部分催化裂解作用,主要为芳香或多环芳香化合物.     

煤与生物质流化床水蒸气共气化

采用单一流化床二步气化方法,以煤作为热载体与发热体,水蒸气作为气化剂,在流化床试验装置上进行生物质(稻壳和木屑)气化的试验研究,考察反应温度(t)、水蒸气与生物质的质量比对燃气组分、氢产率和潜在氢产率的影响。实验结果表明,随着反应温度的升高,H2浓度、氢产率和潜在氢产率都不断增加,而H2与CO体积比逐渐减小;随着水蒸气与生物质的质量比的增大,H2浓度、H2与CO体积比、氢产率和潜在氢产率均不断增加,而CO与CO2体积比呈减小趋势。生产氢的最佳条件:t=1 025℃、水蒸气与生物质质量比为2。在最佳条件下,进一步研究了生物质种类对氢产率的影响。木屑气化制氢优于稻壳气化制氢,木屑气化所获得的氢产率(61.7g H2/kg)约为稻壳气化所获得氢产率(53.4 g H2/kg)的1.2倍。     

碱金属对生物质化学链气化过程的影响

在固定床上研究了碱金属对稻杆水蒸气气化和化学链气化过程的双重影响规律.实验发现:700℃下碱金属盐浸渍处理后生物质水蒸气气化产气率显著提高,H_2体积分数提高到56%~57%,而CO降低到13%左右,表明碱金属极大促进了焦的重整反应和水煤气反应,且原料中固有有机钾元素作用大于添加的无机钾;提高气化温度到900℃后,碱金属催化含氧官能团的二次裂解提高了CO产率,但催化水煤气反应同时消耗CO,两者相互竞争造成CO的产气呈现非线性特性.在5%碳酸钾浸渍浓度附近获得最高的CO、H_2综合含量和最高气化效率;相比于传统生物质水蒸气气化,添加载氧体后H_2产率得到了提升,钾修饰后的载氧体可明显提高H_2含量和产气率,750℃时H_2产气率都达到最大值0.82 m~3/kg,且气化效率达到75%;提高温度虽然增加了CO产率但H_2产率反而下降,分析认为钾修饰后的载氧体在高温下易于形成熔融硅酸钾盐,在阻塞载氧体表面的同时抑制焦和水蒸气反应.     

两段式生物质气流床气化制费托燃料的技术经济性分析

该文建立了两段式生物质气流床气化炉系统的计算模型,分析了气化温度、压力和气化剂对于气化炉特性的影响规律,介绍了生物质气化及费托合成系统的各个组成部分,并对系统进行了经济性分析。结果表明:两段式生物质气流床气化炉的气化特性优于固定床和流化床气化炉;气化温度是影响生物质气化炉气化特性的主要影响因素,当气化温度从900℃升高到1 600℃时,冷气化效率降低了19%;气化压力和气化剂的影响则相对较小;较为理想的气化条件为1 300℃、6.5 MPa、O2气化;两段式生物质气流床气化系统比流化床气化系统的生产成本更低。     

稻壳和稻草的热重-质谱分析及其反应动力学

采用热重-质谱(TG-MS)联用对比研究了氮气气氛中稻壳和稻草在升温速率分别为5,20℃/min时的热解行为,分析得到了稻壳和稻草热裂解过程产生的小分子气相产物(CO,CO_2,CH_4,H_2)随温度和升温速率变化的释放规律.结果表明:稻壳和稻草的热解过程可分为脱水干燥预热解阶段、挥发分析出快速热解阶段和残余物裂解炭化阶段;稻草热解总失重率约为75%,稻壳约为55%,而且稻草的热解特性指数高于稻壳;稻草热解释放生物质燃气主要成分(CO,CH_4,H_2)的离子流强度明显高于稻壳;用Coats-Redfern法计算生物质的热解动力学参数,表观活化能和挥发分初始析出温度均是稻草稻壳,这与实验结果吻合,表明相同条件下稻草的热解性能优于稻壳.     

串行流化床生物质气化费托(FT)合成的模拟

文章以生物质稻秸为研究对象,利用Aspen Plus软件建立了串行流化床生物质合成气费托(FischerTropsch,FT)合成的模型,研究了不同反应条件包括气化温度、气化压力、气化过程水蒸气与生物质的比率(m(S)/m(B))、合成气中n(H_2)/n(CO)、合成温度以及合成压力对合成工艺的影响。结果表明,采用蛋壳型钴基催化剂,对于制费托合成油为目的的串行流化床生物质气化系统,用于费托合成的适宜工况条件为:建议气化温度850℃左右,气化压力0.1MPa,m(S)/m(B)约为0.4,合成气中n(H_2)/n(CO)保持在2.0~2.1之间,合成反应温度取220℃为佳,反应压力选取2.0MPa左右。在此工况下,每kg稻秸可以获得约为0.54mol的费托合成油。     

Fe/CaO载氧体作用下生物质化学链气化研究

生物质化学链气化技术是一种高效的生物质能源利用技术，其过程中载氧体能够起到载氧、载热和催化的作用。为了提高载氧体的氧化还原特性，同时提高生物质气化得到合成气的产率，研究了机械混合法和浸渍法制备的Fe/CaO载氧体在生物质化学链气化过程中的作用。制备了不同Fe负载量的Fe/CaO载氧体，对其进行了XRD、CO₂-TPD和H₂-TPR表征以分析其物理化学性能。随着Fe负载量的增大，载氧体的还原性增强，同时CO₂吸收性减弱。在固定床装置上对其反应性能进行了实验研究，结果表明在反应温度为850 ℃时，随着Fe负载量增大，气体转化率逐渐增大，CO2和CO的产气量逐渐增大，H₂的产气量减少。当Fe负载量为40%得到的载氧体能够得到最大合成气产量453.4 mL，H₂和CO的产气量分别为146.6 mL和306.8 mL。     

超临界水中花生壳气化制氢的实验及机理研究

以原生物质花生壳为原料,羧甲基纤维素钠为添加剂,利用釜式反应器,在温度为450℃、压力范围为24~27 MPa的条件下,考察了K2CO3、ZnCl2、Raney-Ni三种催化剂对超临界水中生物质催化气化制氢的影响.结果表明,ZnCl2对氢气的选择性最高,K2CO3次之,Raney-Ni最低,但在低温条件下Raney-Ni最有利于生物质的气化,气化率高达126.84%,氢气产率高达34.37 g.kg-1.选取ZnCl2和Raney-Ni混合使用时,氢选择性明显提高,甲烷迅速减少.通过对催化机理的探索,提出了生物质催化气化的反应路径,对实验中出现的现象和所得出的结论给予了合理解释.     

农业生物质在超临界水中气化制氢的实验研究

以农业生物质(包括玉米秸秆、玉米芯、麦秸、稻草、稻壳、花生壳、高粱秆)为原料，羧甲基纤维素钠为添加剂，利用连续管流反应器，在反应器壁温为650℃、压力为25MPa的条件下进行了生物质气化制氢实验研究．讨论了运行时间、生物质类型、颗粒大小、反应器壁面状况等因素对气化结果的影响．实验结果表明：农业生物质在超临界水中气化生成以氢气、二氧化碳、一氧化碳、甲烷以及少量的乙烷和乙烯为主要成分的气体；气化周期内大约经过100min气体产物组成以及产量趋于稳定；在相同的实验条件下不同生物质气化得到了相似的气体组分，气体产物中一氧化碳体积分数大约为1％，甲烷体积分数超过10％，氢气的体积分数最高可以达41．28％；小颗粒的生物质气化能生成更多的氢气；反应器壁面对生物质气化有明显的催化作用．     

生物质材料在秒量级脉冲激光加热下的导热特性研究

通过系统的实验,对常温下生物质材料在秒量级脉冲加热下的导热特性进行了研究,并且针对本实验的条件分别进行了抛物线型和双曲线型两种导热模型的数值模拟,结果发现,傅里叶模型的计算结果和实验结果非常吻合,而双曲线模型的计算结果和实验结果相差很大,这说明在本实验的条件下,在所用的生物质材料中没有发现非傅里叶现象,同时也说明某些文献所述各种生物质材料的热松弛时间为秒量级的结论还有待商榷。     

煤焦催化气化的修正随机孔模型研究

针对煤焦催化气化中传统的动力学模型不再适用这一情况，以广泛应用于煤焦气化动力学研究的随机孔模型为基础，考虑了催化剂对反应过程的催化作用，通过引入催化作用因子，建立了适用于煤焦催化气化反应的修正随机孔模型．选取神府煤焦为研究对象，将煤焦CO2催化气化作为探针反应，做了典型KCl催化荆和K-Ni复合催化剂的催化气化实验，并对模型进行了验证．结果表明：修正随机孔模型较好地体现了煤焦催化气化的动力学规律，即催化剂的添加有效地增大了反应界面处的活性部位和活性表面积，使气化反应在更温和的条件下快速进行．经验常数说明Ni-K复合催化剂的催化能力大于KCl催化剂，这与许多学者的研究结果是一致的．另外，由于反应初期的传质阻力不可忽略，故实验值与模拟值存在一定误差．     

塑料和生物质在循环床内燃烧特性的实验研究

以PVC和木屑分别作为塑料和生物质燃料的典型代表,通过实验研究观察影响燃烧过程产生的可燃气体CO、 CH4、 H2等分布特征的主要因素,充分分析了这两种燃料在循环流化床内的燃烧特性.实验结果表明: PVC和木屑表现出了强烈的挥发分燃烧特性,即挥发分在高温条件下迅速热解,然后随气流分布在整个炉膛内燃烧;炉膛内的温度呈"凸抛物线"型分布;木屑燃烧过程中,随着一次风率的提高,炉膛出口CH4、 H2和CO浓度提高;PVC燃烧过程中,炉膛出口CO和CH4浓度极低.实验过程中还在实验台炉膛出口发现一定浓度的H2, 与260 t/d垃圾焚烧的工业测试中发现的情况一致.     

本构模型对黏性土侧向卸荷路径下应力应变关系适用性研究

为研究侧向卸荷应力路径对黏性土应力应变特性的影响,首先介绍了2种典型的修正邓肯张模型和三参数模型,然后分析比较了这3种模型反映侧向卸荷应力路径条件下土体应力应变特性的能力。即分别利用这3个模型模拟普通三轴侧向卸荷条件下的试验结果,得到相同条件下各种模型的应力应变特性曲线。并与试验结果进行对比发现：3种模型均能在不同程度上反映侧向卸荷应力路径对黏性土应力应变特性的影响,其中修正3的效果更明显一点,3种模型存在一定的联系,即参数值达到特定的情况时3种模型退化成为同一模型。     

基于Aspen Plus的甘油与生物质固定床共气化制氢工艺模拟

利用Aspen Plus软件平台,对甘油与生物质固定床共气化制氢过程进行模拟研究.考察不同反应温度、甘油与生物质的质量比(m(G)/m(B))、气化剂物质的量的比(n(H2O)/n(C))和反应压力等条件对纯甘油与生物质、粗甘油与生物质混合共气化制氢的影响.模拟结果表明:生物质与不同甘油共气化时,温度、压力、n(H2O)/n(C)和m(G)/m(B)对两种混合物制氢的影响规律基本相同,因此可用纯甘油替代粗甘油来研究气化制氢特性;同时得出其最佳气化制氢条件是反应温度800~850,℃,m(G)/m(B)为1.0~1.2,n(H2O)/n(C)为0.8~1.0,压力≤0.1,MPa,在此条件下,氢气产率为55%左右.     

生物质在超临界水流化床系统中部分氧化气化制氢

从理论的角度对超临界水部分氧化过程进行分析,利用已建立的热力学模型计算了反应过程的化学平衡.热力学研究表明:随着氧化剂当量的增加,H2、CH4、CO的平衡产量减少,CO2的平衡产量增加,而且H2的体积分数也随之减少.在实验室新研制的超临界水流化床系统中,研究了生物质模型化合物(葡萄糖)以及原生生物质(玉米芯)的部分氧化气化制氢.实验结果表明:氧化剂的加入大大提高了生物质的气化率,但降低了气体产物中H2的体积分数;在质量分数为10%的葡萄糖部分氧化气化过程中.当氧化剂(H2O2)当量为0.2(质量分数为4.53%)时,H2的绝对产量达到了最大值.     

煤及生物质共超临界水气化过程中的协同效应

在自行研制的连续管流式煤及生物质共超临界水气化制氢装置上，对甘肃华亭烟煤、羧甲基纤维素钠（生物质模型化合物）及其两者的混合物在反应器壁温650℃、系统压力25MPa、停留时间30s、NaOH质量分数为0．19，6的条件下进行了实验研究．实验表明：气体产物主要由H2、CO2和CH4组成，其中H2的体积分数可高达60％以上；气体产物中未检测到N和S，含N和S的污染物以液相排除，极大地减少了大气污染．研究发现煤与羧甲基纤维素钠共超临界水气化过程中在产氢率和气化率上出现了明显的协同效应，进一步提出协同效应主要由超临界水中的自由基反应引起．结果表明，煤及生物质共超临界水气化制氢是一种富有前景的洁净能源转化新技术．     

生物质焦油的催化脱除及气化气制氢

结合作者在依阿华州立大学可持续环境技术中心的合作科研，介绍了生物质气化、焦油的催化转化及制氢的实验结果。生物质焦油的催化脱除，由一个保护床和转化反应器组成的高温催化气体净化装置完成；生物质气化气要实现高氢浓度的转化，需要通过水煤气变换反应将CO转化为H2。     

黑液焦CO_2气化及动力学研究

为了掌握甘蔗渣黑液焦CO_2气化特性和动力学数据,开展甘蔗渣黑液焦CO_2气化研究。通过改变温度、[CO]和[CO_2]研究其对黑液焦转化的影响。采用试验数据与兰格缪尔-修斯伍德吸附动力学方程拟合的方法求解动力学方程参数。研究表明,在升高气化温度和增加[CO_2]时可以加速气化反应,而在增加[CO]时则会抑制气化反应的发生;表观气化速率的倒数分别与[CO]和[CO_2]~(-1)成线性关系,但与[CO]/[CO_2]的比值不成线性关系;在研究的操作条件范围内甘蔗渣黑液焦CO_2气化过程可以采用兰格缪尔-修斯伍德吸附非催化动力学方程描述,平均活化能为153.5 k J/mol。研究数据表明活性点位数可作为M/C摩尔比值的函数而不是常数。引入M/C摩尔比值对动力学模型修正后,获得的气化反应常数、CO吸附常数和CO_2吸附常数均可视为恒定值,其值分别为0.158 9 m~3/(mol·min)、-1.048 7 m~3/mol和-0.323 8 m~3/mol。