基于ASPEN PLUS的等离子体气化生物质模拟分析

为研究生物质在等离子体喷动—流化床中的热解影响因素和热解产气成分,文中基于ASPEN PLUS通用化工流程模拟软件,采用花生壳作为生物质原料,氧气作为气化剂,对生物质在等离子体喷动—流化床中的热解气化过程进行模拟,考察了3个重要影响因素(热解温度、当量比ER、气化剂温度)对气化结果的影响。结果表明:氧气气化花生壳的最佳操作条件是热解温度1 000℃、当量比ER=0.25、气化剂温度600℃,此时能得到较高的气化效率和气化产率。     

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。     

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。     

生物质气化合成二甲醚系统的火用分析

基于生物质串行流化床气化合成二甲醚(DME)系统的Aspen Plus模拟,对系统进行热力学火用分析,研究了气化反应参数与合成反应参数对各子系统和总系统的火用效率影响.研究结果显示:火用损失主要发生在气化子系统中;气化产物氢碳摩尔比在2左右时,系统火用效率可达到最大;液化子系统提高气化合成二甲醚一步反应的有效转化率,降低循环气份额,可有效提高系统火用效率;全系统的火用损失主要是由过程的不可逆性引起的,内部火用损率近80%.对于稻秸气化一步法合成二甲醚系统,适宜的气化温度为750~800℃,水蒸气生物质质量比为0.3;在合成温度为260~280℃,合成压力为4.0~4.5 MPa的条件下,系统的二甲醚产率可达到6.20 mol/kg,火用效率达到51.66%.     

CO_2-O_2/H_2O混合气氛下煤气化过程的分析

应用ASPEN软件模拟CO2-O2/H2O混合气氛下的煤气化系统,采用分析法对系统的效率和损失状况进行了分析,考察了气化温度、气化剂中CO2的含量以及气化剂预热温度三种因素对气化系统效率的影响。结果表明:当气化温度从800℃升高到1400℃时,效率从76.31%提高到88.49%;随着气化剂中CO2含量提高,气化过程效率先降低后升高,当CO2含量提高至12%以后,气化过程效率持续升高,气化剂中CO2的含量为45%~48%时,气化煤气中有效气体含量达到最高值79.41%;气化剂的预热温度对效率的影响很小。     

稻秆热解固体产物的性能

稻秆热解的目的是为了脱除氧元素,增加能量密度,并将热解的固体产物作为生物质气流床气化原料,从而提高气化合成气的热值。稻秆在管式电阻炉中以5℃/min和15℃/min的升温速率进行慢速热解,热解温度为200~800℃。利用自动量热仪和元素分析仪对热解后固体产物进行热值和元素分析。结果表明:同一热解温度下,升温速率越快,半焦的热值越高;碳元素的含量随着热解温度的升高逐渐增加,而氢和氧两种元素的含量随着热解温度的升高逐渐降低。同时,推导出热值与半焦中各元素含量的关系式。     

喷动流化床在生物质快速热解技术中的应用

生物质快速热解技术是国内外生物质资源高效利用的重点研究课题.介绍了目前快速热解反应器的主要类型,并对生物质快速热解技术进行了归纳,重点总结了喷动流化床快速热解反应器的特点和在生物质快速热解方面的应用状况,指出喷动流化床快速热解反应器具有操作灵活、工作稳定、环隙区无死区、介质间传热效果好、易于工业放大等优点,在快速热解领域具有广阔的发展前景.     

原生生物质在超临界水流化床系统中气化制氢

以原生生物质玉米芯与羧甲基纤维素钠的混合为原料,利用实验室成功构建的超临界水流化床气化制氢系统,在压力25 MPa、温度550～650℃范围内,对其气化制氢特性进行研究,讨论了气化过程中气化时间、温度、流量、物料浓度对气化效果的影响.研究结果表明:温度对气化影响较大,升高温度有利于气化;小的流量对应长的反应器停留时间有利于产氢;随着物料质量分数的增加,生物质气化效果明显下降,而在超临界水流化床气化制氢系统中质量分数为18%的物料仍能长时间连续稳定气化,未发生反应器结渣堵塞现象.     

导向喷动流化床生物质快速裂解制液体燃料

在冷模试验得到的优化的结构参数基础上,建立了一套生物质最大处理量为5kg／h的导向管喷动流化床生物质裂解反应器。反应在常压和440～520℃进行,以木屑为生物质原料,二氧化碳和氮气为喷动气或流化气,沙子为流化介质。结果表明该喷动流化床反应器可用于生物质的快速裂解。在400～480℃,液体产率随温度增加而上升,高于480℃时,二次反应的加剧又导致液体产品产率下降。固体和气体的产率则随温度的升高而减少。喷动气和流化气流量的增加均强化了反应器内的传热,并使生物质初始裂解产物的停留时间减少,二次反应进行程度减弱。在适当的裂解条件下液体产率可达73．2％,此时气体和焦的产率分别为12．8％和14．0％。所得液体产品为单一相液体,含水约30％,可用于燃烧。与流化床相比,喷动流化床作为生物质快速裂解反应器可明显提高液体产率。     

小型生物质热解气化发电系统研究

以玉米秸秆颗粒为生物质原料,以产气量为20m3／h的热解炉为气化装置,结合10kw的燃气内燃机发电系统及生物质焦油裂解装置,概述了生物质焦油的净化流程,分析了热解温度与生物质热解气成分的关系,得出生物质热解气发电的运行情况．简要总结了生物质炭的利用和小型生物质热解气化发电系统的特点．     

油页岩与半焦混合气化发电系统模拟分析

基于Aspen Plus平台,对气体热载体工艺中不能利用的小颗粒油页岩与半焦混合气化发电过程进行模拟;并对模拟结果进行能量平衡和平衡计算,考察了空气当量比、汽固比和气化剂对气化性能和系统效率的影响。结果表明,使用空气作为气化剂时,设置空气当量比为0.302,汽固比为0.006 7,可以达到最佳的气化效果,所生成的合成气低位热值为6.12 MJ/Nm~3,冷气化效率为66.13%,此时系统的一次能源利用效率达到39.02%,效率也达到42.64%;另外,当使用氧气作为气化剂时,虽然冷气化效率有所提高,但系统总率会有一定程度降低。     

第二代增压流化床煤部分气化炉单元中间试验研究

在热输入为2 MW加压喷动流化床煤部分气化中试试验装置上,对所构建的煤气化试验系统进行了工艺及装置试验研究,在此基础上进行了连续12 h的煤部分气化试验,以考察工艺参数对气化行为的影响.试验结果表明:中试装置的各分系统设计合理,全系统能协调稳定运行,能为第二代增压流化床联合循环发电系统(2G PFBC-CC)的下游单元提供合格的煤气和半焦;在较高的气化温度下,煤气中甲烷质量分数由于二次热解而降低,碳转化率增加;提高了入炉的蒸汽量,煤气中氢气质量分数明显上升.     

生物质高温热解气、液、固三相产物及碳烟生成特性

为了研究生物质高温热解气化特性,特别是在此过程中碳烟的形成机理,在一维沉降炉内对麦秆和杨树木屑于900~1 300℃进行高温热解,收集热解产生的气、液、固三相及碳烟产物,对热解产物的产率(产物与生物质干基的质量比)、形貌及组分进行分析,对比了两种生物质热解产物特性并重点分析热解碳烟的形成机理。结果表明,麦秆、木屑热解碳烟的产率随着温度的升高而升高,分别为0.28%~2.40%和0.34%~6.30%,热解焦炭的产率随着温度的升高逐渐降低,分别为2.8%~7.3%和0.29%~2.9%。木屑由于具有较高的木质素和纤维素组分,会产生更多的碳烟;麦秆由于具有高灰分和抽提物含量,会生成更多的焦炭。麦秆的不凝性气体产率为47%~69%,木屑的为59%~77%,热解产气率总体随温度的升高而升高。两种生物质热解的焦油产率均低于1.6%,温度升高至1 200℃时焦油完全转化,焦油的组分几乎均为芳烃类物质。生物质的热解过程中,在900~1 100℃时,碳烟的形成为小分子烃类气体裂解和大分子焦油缩聚机理共同作用的结果,在温度超过1 100℃时,增长的碳烟主要是通过小分子烃类气体裂解的途径生成。     

生物质快速热解过程中产物的在线测定

利用U形反应器与FTIR联动方法对7种生物质在600 ℃快速热解1 min时的热解产物进行了在线测定,同时还进行了不同温度(400 ℃和800 ℃)和添加二氧化硅、硅藻土、石灰石等对热解产物影响的研究.结果显示,不同生物质的热解产物有明显差别,但主要产物为CO,CO2,CH4,CH3CH ∶ CH2,CH3COCH3等;温度是影响生物质有机质分解产物组成的重要因素,低温(400 ℃)产物中的CO含量明显偏低,而醛类、酮类、酯类等含量随着温度升高而下降;不同添加剂对生物质热解产物的影响不同,硅藻土的催化效果要优于其他2种.实验结果也表明了这一系统对测定生物质快速热解过程中产物组成的有效性.     

温度及水洗预处理对生物质氧气-水蒸气气化特性的影响

为研究气化温度和水洗预处理对玉米秸秆氧气-水蒸气气化特性的影响,借助扫描电镜(SEM)、傅里叶红外光谱仪(FTIR)、比表面积与孔隙度分析仪、气相色谱仪(GC)和气质联用仪(GC-MS)等表征不同工况下的气化产物。研究结果表明：在400℃和600℃下制得的焦油中2,3-二氢苯并呋喃的质量分数最高,在800℃和1 000℃下制得的焦油中苯酚的质量分数最高。从400℃到1 000℃,含氧官能团取代的芳香族化合物逐渐转变为多环芳烃,苯酚的质量分数从5.07%增加至17.37%,合成气中H₂和CO的体积分数升高,CH₄和CO₂的体积分数降低,热值和H₂与CO的物质的量比增加。水洗预处理降低了在800℃下由玉米秸秆气化所得合成气中H₂和CO的体积分数,其热值较水洗前降低了2.55%。水洗后制得的生物质焦比表面积、总孔体积和平均孔径均增大,促进了焦油的裂解反应,提高了CO₂和CH₄的产率。水洗促进了焦油中M1类化合物的形成,抑制了环烷烃、多环芳香...     

四种生物质热解半焦的FTIR红外分析

生物质热解液化是目前生物质能利用的方式之一.为了研究生物质热解过程中各组分的裂解变化规律,利用傅里叶红外光谱仪分别对300℃、400℃、500℃、600℃下制备的玉米秸秆、棉杆、松木屑和稻壳的热解半焦进行了分析.实验结果表明:随着热解温度升高,生物质内部[-OH]、[-CH]、[-CO-]等官能团不断减少,温度在300℃~400℃之间时变化最为剧烈,当温度超过400℃以后,反应逐渐趋于缓和.     

玉米秸秆颗粒燃料热解气化试验研究

以玉米秸秆颗粒燃料为原料,研究了生物质空气热解气化(下吸式固定床气化炉)、富氧热解气化(鼓泡式流化床气化炉)和无氧热解气化(慢速连续热解气化炉)的热解气化特性.三种热解气化装置并联,共用一个控制系统,产生的生物质燃气经过冷凝器等后进入储气柜.燃气成分由气相色谱分析,成型颗粒、颗粒炭、生物油热值采用快速量热仪测量分析.结果显示,空气热解气化在热解温度为660~670℃时燃气低热值最高,约为3.91~4.44MJ/Nm3;富氧热解气化燃气低热值最高可达8.48~9.38MJ/Nm3(热解气化温度为575~750℃时);无氧热解气化在热解温度为380~530℃时的燃气低热值约为14.51~16.49MJ/Nm3,并可联产生物炭、生物油等.     

几种医疗垃圾高温水蒸汽气化模拟研究

针对乳胶手套、棉花和输液器三种典型有机医疗废物,以高温水蒸气作为气化剂;基于吉布斯自由能最小化原理,对三种医疗废物高温水蒸气气化的热力学问题进行模拟研究。探讨原料种类、气化温度和水蒸气通入量等影响因素,对合成气组分、产气量和产气低位热值等评价指标的影响规律。模拟结果表明:在同一工况下,原料中的氢、氧含量决定合成气中的氢气与碳氧化物的产量;反应温度与水蒸气-医疗垃圾质量比(S/W)可改变合成气各产气组分及低位热值,得出最佳反应温度为800℃、S/W为2.0。     

流化床气化温度对生物质燃气热值的影响研究

在流化床气化实验装置上对稻壳在600~700℃、700~800℃、800~900℃、900~1000℃温度范围下进行气化实验。实验结果表明:(1)气化温度为600~700℃时,炉内有残炭存在;(2)气化温度800~900℃时,燃气品质要好于700~800℃,为最佳气化温度;(3)气化温度为900~1000℃时,气化炉底部温度过高时会瞬间导致结渣现象。     

杏仁壳在流化床中的气化过程及产气特性的实验研究

在流化床气化炉内,以空气为气化剂,对美国杏仁壳在680℃、700℃、730℃和780℃的温度下进行了气化实验,生成的燃气成分为:CO含量在15.4%~l8.7%之间,H2含量一般高于10%,甲烷含量为1.7%~2.5%,CnHm的含量为0.6%左右。燃气热值多数在4 152.7 kJ/m3~4 839.5 kJ/m3。气化效率51%。实验表明,在气化温度为700℃的时候可以得到最大的燃气热值。