生物質(zhì)流化床解耦氣化研究.pdf

1、作為CO2“零排放”的可再生資源的典型代表,生物質(zhì)的有效利用對實現(xiàn)環(huán)境和社會的可持續(xù)發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義。生物質(zhì)氣化代表耦合燃料干燥/熱解、半焦氣化、焦油/碳氫化合物改質(zhì)和燃燒等物理與化學反應的復合體。通過解除燃料干燥/熱解與上述其它反應之間耦合的解耦氣化技術(shù),并使熱解氣體混合物通過半焦填充層,可以實現(xiàn)氣化的低焦油化和高效率化?；诖怂枷?設計了一種新型生物質(zhì)解耦流化床氣化反應裝置(U-shape Fluidized Bed,UFB)

2、。
　　本文旨在通過實驗研究闡明UFB的流體動力學特性,并以酒糟為燃料,在微型固定床上下兩段反應裝置上模擬研究了UFB所具有的燃料干燥/熱解與上述其它反應過程分離的解耦氣化特性,并與傳統(tǒng)耦合氣化對比分析,揭示了解耦氣化在降低焦油產(chǎn)率、提高氣化效率等方面所具有的獨特優(yōu)勢。
　　主要研究內(nèi)容及結(jié)論如下:1.利用優(yōu)化的冷態(tài)UFB實驗裝置,在改變流化氣量和床內(nèi)持料量等實驗條件下,通過測量流化狀態(tài)下床內(nèi)各測壓點處的壓力分析石英砂在床內(nèi)

3、的流化特性,結(jié)果發(fā)現(xiàn)傾斜多孔板兩側(cè)壓力保持在1kPa左右,能保證床內(nèi)石英砂的均勻流化。在連續(xù)進料的條件下,采用示蹤顆粒法分析了顆粒在床內(nèi)的流化軌跡及縱橫方向上的混合特性規(guī)律,結(jié)果表明顆粒在床內(nèi)的混合接近全混流,顆粒在床內(nèi)的平均停留時間為322s。
　　2.利用微型固定床上下兩段反應器,以酒糟為氣化燃料,模擬UFB內(nèi)的反應過程,對比分析了在不同燃料含水量、氣化溫度及氣化劑中氧含量等實驗條件下解耦氣化與傳統(tǒng)耦合氣化在焦油產(chǎn)率、碳轉(zhuǎn)化率

4、及氣化效率等參數(shù)的差異。
　　結(jié)果表明:①在解耦氣化熱解溫度550℃、氣化溫度800℃,耦合氣化溫度800℃,燃料含水量40wt.％和氣化劑中氧含量4 vol.％的實驗條件下,相對于傳統(tǒng)的耦合氣化,解耦氣化焦油產(chǎn)率降低了35.3％,氣化效率和產(chǎn)氣率分別提高4.0％和20％,但生成氣熱值出現(xiàn)了稍微的下降。
　?、诰圃阍?00℃熱解時的焦油產(chǎn)率最大,進一步升高熱解溫度將促使焦油的二次裂解反應;反應器下段氣化溫度的升高,有利于提高

5、產(chǎn)氣率和減少焦油的生成。氣化劑中氧含量的增加,可縮短氣化反應時間,促進碳的轉(zhuǎn)化,提高產(chǎn)氣率,但可燃氣熱值卻有較大幅度的降低。
　?、塾捎诮怦顨饣夹g(shù)中半焦的催化作用及有效利用燃料干燥/熱解產(chǎn)生的水蒸汽作為氣化反應劑,因此變化燃料含水量(40→60 wt.％)、氣化反應溫度(800→900℃)、氣化劑中氧含量(4→6 vol.％),都使解耦氣化比耦合氣化顯示了更強的抑制焦油生成的能力,減少的焦油量相應引起氣化氣中H2、CO濃度的升高