Pretreatment of biomass by torrefaction

Agricultural biomass has some drawbacks such as high moisture content, low energy density and wide distribution and as a result, the cost of transport and storage are high. Moreover, raw biomass has poor grindability so its use in a pulverized boiler or entrained flow gasifier is difficult. Torrefaction is a mild pyrolysis process carried out at temperatures ranging from 200°C to 300°C to deal with these problems. The cotton stalk and wheat straw were torrefied in a fix-bed reactor at moderate temperatures (200°C, 230°C, 250°C, 270°C and 300°C) under N₂ for 30 min. The biomass chars after torrefaction had higher energy density and improved grindability characteristics compared with raw biomass and they also showed hydrophobic characteristics. The volatiles consist of a condensable fraction and a non-condensable fraction. The former mainly contained water and tar (organic products but mainly acetic acid). The non-condensable products are typically comprised of CO₂, CO and a small amount of CH₄ and even trace H₂. The volatiles increased with an increase in the torrefaction temperature but the solid yield and the energy yield decreased. However, the grindability and energy density of the biomass char showed great improvement. A kinetic study on the generation of the main non-condensable gases was undertaken and we conclude that the gases are formed by parallel independent first-order reactions. Characteristic kinetic parameters for the generation of each gas were determined.     

纤维素类生物质热解技术研究进展

生物质是地球上存在的最丰富的可再生资源,通过热解技术实现生物质高值转化是一种前途乐观的工艺.热解是在完全无氧或有限供氧条件下,极少发生气化反应的情况下进行的降解反应.热解的主要产物有生物油、焦炭和气体.通过热解技术可以实现把低能量密度的生物质转化为高能量密度的液、固、气产品,同时还能从生物油中提取多种化学品.主要综述了纤维素类生物质热解的一般原理,热解反应器及其工艺参数,热解产物组成及其特性等.     

生物质固定床气化试验研究

根据生物质的气化原理，利用固定床上吸式气化的试验方法，对生物质进行气化研究．搭建一小型气化试验炉，分析采样气，得到气化气的热值．利用实测数据计算法计算各种气化指标，同时研究了炉温、原料特性、燃料层厚度等操作条件对生物质气化的影响．建立了数学模型，对气化过程进行模拟，进一步研究气化炉内部的反应状况．比较模拟计算得出的燃气成分、热值与试验测得的相应数据，验证了上吸式固定床气化方法的可行性．     

含氧气氛下的稻杆低温烘焙研究

以稻杆为原料考察了不同温度和含氧量下生物质的低温烘焙过程,研究了有氧烘焙的机理。对含氧气氛下不同停留温度时的质量残留率和微分热重分析（DTG）曲线进行分析发现,停留温度对质量残留率影响较大,是烘焙过程的主导因素。对6个不同含氧量下的质量残留率和DTG曲线分析可知,氧气加快了反应的进行,且随着含氧量上升发生分解的组分有所增加。建立了6个含氧量下稻杆低温烘焙的动力学模型并计算了动力学参数,发现稻杆表观活化能在1.33 kJ/mol到2.01 kJ/mol之间,且氧浓度与活化能的线性拟合度较好。     

高灰熔点煤气化特性的实验研究

研究高灰熔点煤气化特性,以水煤浆为气化原料,在沉降炉内进行了我国典型高灰熔点煤老矿中煤气化反应的实验研究.考察了气化温度和O/C摩尔比对合成气组分、碳转化率和冷煤气效率的影响.结果表明,在相同O/C摩尔比条件下,有效合成气体积分数、碳转化率及冷煤气效率随气化温度的升高而升高.在气化温度相同的条件下,随着O/C摩尔比的增加,CO2的体积分数和碳转化率随之增大,而冷煤气效率呈现出先增大后减小的趋势.在实验条件下,老矿中煤的最佳O/C摩尔比为0.90~1.05.     

生物质沸腾气化燃烧系统的优化设计及试验研究

根据生物质高挥发分、低固定碳的特点,基于沸腾气化与高温气体燃烧技术,设计了一种新型的生物质沸腾气化燃烧系统.该系统由炉体、布风板及高温气体燃烧器组成.生物质在炉体内沸腾气化,产生的高温燃气直接燃烧,生物质中的固定碳在系统内部燃烧,为生物质热解气化提供能量;高温燃气通过专用燃烧器燃烧,产生高温火焰.对影响系统运行的主要因素（空气当量比、生物质含水率、二次空气量）进行了试验研究,为系统的优化设计及稳定运行提供数据支撑.     

改进型生物质上吸式固定床气化炉的应用与效益分析

生物质能源具有可再生性、低污染性、广泛的分布性等特点,是一种理想的可再生能源,也是一种重要的环境友好型的新能源。目前,国内生物质气化装置普遍存在产出可燃气中焦油与氮气含量较高、热值较低、气化效率较低和自身热损失较大等问题,对生物质上吸式固定床气化炉进行了改进,着重介绍了改进型生物质气化炉的各项技术指标,并对在现有燃煤、燃油锅炉应用改进型上吸式固定床气化炉后的环境效益、经济效益和社会效益及节能减排效应进行了分析。     

含焦油生物质气化气再燃还原NO的实验研究

采用生物质气化再燃技术,在管式流动试验台上对上吸式生物质气化炉产生的含焦油生物质气化气再燃还原NO进行实验研究.结果表明,对应一定的生物质气流量,含焦油生物质气还原NO过程中存在最佳氧量;NO还原效率随温度升高而增加,但氧气不足时温度过高容易使焦油聚合生成碳黑,导致还原效率下降;通过对比含焦油生物质气与单纯小分子气体还原NO的实验趋势,充分体现了焦油的突出作用.在本文实验范围内,含焦油生物质气还原NO效率最高达80%,是适合生物质能资源化利用的一种很好的方式.     

生物质微米燃料空气气化实验研究

研究了生物质微米燃料(BMF)在旋风气化炉中的空气气化特性.在没有外热源的工况下,整个气化过程所需的热能由部分微米燃料的不完全燃烧供应.研究空气当量比(ER)、微米燃料粒径对气化特性的影响.当ER=0.32时,H2的含量和气化效率最高,分别为6.32％和38.22％;当ER=0.28时,可燃气的含量最大,达到27.1％.随着BMF粒径减小,气化室温度、可燃气含量、H2的含量、碳转化率、气化效率和燃气热值都显著提高,分别可达953℃、29.7％、8.26％、60.07％、40.56％和4246kJ/m3.     

乙烯深冷分离工艺中LNG冷能利用的可行性

充分利用液化天然气（LNG）携带的冷量,不仅可降低下游天然气供气成本,还可减少LNG汽化带来的环境污染;传统乙烯深冷分离工艺需压缩制冷系统提供不同温位的冷量分离裂解气,消耗大量压缩功耗.将LNG冷量用于30万吨/年乙烯装置的深冷分离工艺,取代部分压缩制冷负荷的集成利用研究结果表明:LNG冷量在乙烯分离工艺中的利用率达76.5％,可替代原工艺中的冷量负荷约22472 kW,节省丙烯、乙烯、甲烷冷剂三机压缩制冷的功耗约11968 kW,大大降低乙烯装置的能耗成本.但LNG冷量仅与乙烯分离工艺集成,传热过程火用效率较低,建议将LNG冷量集成利用于两种或以上冷量利用工艺中,从而减少利用过程的冷火用损失,提高LNG冷量的利用效率.     

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。     

CO2催化重整生物质焦油金属催化剂的研究进展

生物质焦油是生物质气化过程中产生的一种有害副产物,它的存在严重制约了生物质气化技术的发展。利用先进的金属催化剂,将生物质焦油与CO₂进行催化重整,获取小分子燃料气体,不仅可将生物质焦油进行转化利用,而且还实现了温室气体的减排,具有重大的现实意义。介绍了CO₂催化重整生物质焦油所用的金属催化剂,主要包括Ni基催化剂、碱金属催化剂以及非Ni的其他过渡金属催化剂。总结了各类催化剂的优缺点,并对未来生物质焦油催化重整技术作了展望。     

基于ASPEN PLUS平台的生物质气化模拟

基于ASPEN PLUS软件的Gibbs自由能最小化法,并利用RGIBBS反应器的限制平衡法修正,建立了生物质气化模型.模拟花生壳气化和木粉气化,发现模拟值和实验值符合良好.对气化两个重要影响因素(空气当量系数和床温)作了灵敏度分析,发现产气组分主要受床温影响,燃气热值和气化效率主要受空气当量系数影响.模拟分析了气化剂温度对产气组分和气化效率的影响,结果表明:基于ASPEN PLUS平台的生物质气化模型能准确地模拟实际气化过程,具有较好的可靠性和适用性.     

基于Simulink仿真模拟的智慧能源管理系统分析

智慧多能源系统被认为是未来能源领域的发展方向,是以通讯信息技术为基础、集成多能源提高能源利用效率、降低能源供应成本的有效模式。华南现代中医药城园区现主要以外购电、锅炉供热的传统供能方式来分别满足用户的电能、蒸汽热能需求,为了提高中药城园区能源的综合使用效率及促进药渣的综合使用,提出了药渣气化、生物质气体热电联产工艺。进一步,为了仿真模拟中药城园区药渣废弃物资源化利用情况,建立了相应的智慧多能源系统模型、多目标函数和约束条件,并采用MATLAB/Simulink进行仿真模拟求解,最后与中药城园区的传统供能方式进行对比分析。仿真模拟结果表明：生物质热电联产供能方式与传统供能方式相比,生物质热电联产供能方式的年总成本下降11.78%,主要体现在运行维护费用、污染物排放惩罚费用、能量过剩惩罚费用减少方面。     

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。     

生物质与煤气化特性的比较及对化工合成的影响

本文通过对生物质和煤炭的燃料特性、气化方法和合成工艺的比较,表明采用生物质气化合成气进行化工合成是可行的。与煤炭相比,生物质的气化方式尚需进一步完善,发展增压固定床富氧气化和改进流化床气化方式是较为可行的路线。采用生物质气化气进行化工合成时,低压甲醇合成及一步法二甲醚合成是适宜的合成路线。     

热管生物质气化炉的模拟与试验

为了提高生物质燃气热值,开发一种新型热管生物质气化炉.结合质量平衡、能量平衡和化学反应动力学,建立热管生物质气化炉的动力学机理模型,最后通过试验进行验证.试验结果、模拟结果和其他类型气化炉相关数据对比分析表明:动力学机理模型与试验结果能较好地吻合;与用空气直接供热气化的气化炉气体组分和热值比较,用热管生物质气化炉得到的气体组分中氢气体积分数较高,约是用空气直接供热气化的10倍,热值是用空气直接供热气化的2～3倍.     

氧气对生物质气化气及焦油成分影响的实验研究

生物质气化再燃是生物质能利用的较好方式之一.生物质气化再燃技术中,气化气及焦油的不同组成对再燃效果有所影响.自行设计搭建热功率为10 kW的上吸式生物质气化炉,进行典型生物质燃料木屑的气化实验,通过改变气化剂空气的量,研究氧气对生物质气化气及焦油成分的影响.实验结果表明,氧气量增加,气化气中主要组分的体积含量均有所增加,而焦油中占据主要比重的酚类物质相对含量减少.此研究为生物质气化再燃技术的开发提供一定的理论指导.     

生物质气化的冷热电联供系统分析

以生物质气化为前提条件,结合某用能建筑的冷热电负荷,以内燃机和排烟再燃型溴化锂吸收式冷温水机组组成的冷热电联供系统为分析对象,对用能建筑的联供系统进行了能量分析,得出了一次能源利用率、一次能源节约率、效率和经济成本.生物质气化冷热电联供系统可实现生物质能源的梯级利用,为生物质能源的综合利用提供了一定的参考.     

Hydrogen from catalytic reforming of biomass-derived hydrocarbons in liquid water

Concerns about the depletion of fossil fuel reserves and the pollution caused by continuously increasing energy demands make hydrogen an attractive alternative energy source. Hydrogen is currently derived from nonrenewable natural gas and petroleum, but could in principle be generated from renewable resources such as biomass or water. However, efficient hydrogen production from water remains difficult and technologies for generating hydrogen from biomass, such as enzymatic decomposition of sugars, steam-reforming of bio-oils and gasification, suffer from low hydrogen production rates and/or complex processing requirements. Here we demonstrate that hydrogen can be produced from sugars and alcohols at temperatures near 500 K in a single-reactor aqueous-phase reforming process using a platinum-based catalyst. We are able to convert glucose -- which makes up the major energy reserves in plants and animals -- to hydrogen and gaseous alkanes, with hydrogen constituting 50% of the products. We find that the selectivity for hydrogen production increases when we use molecules that are more reduced than sugars, with ethylene glycol and methanol being almost completely converted into hydrogen and carbon dioxide. These findings suggest that catalytic aqueous-phase reforming might prove useful for the generation of hydrogen-rich fuel gas from carbohydrates extracted from renewable biomass and biomass waste streams.