生物质流化床气化中试实验研究

在生物质流化床气化中试装置上考察了不同原料、当量比和水蒸气配比工况下的温度分布、燃气特性和稳定性等气化特性。结果表明:木屑、稻壳和2种颗粒燃料的气化气体体积分数范围为:H227.1%~30.4%、CO 29.7%~32.6%、CO225.3%~27.9%和CH44.9%~5.8%;使用木屑和稻壳为原料可比颗粒燃料获得较均匀的气化温度分布,增加当量比和水蒸气配比可使流化床温度分布更均匀;在气化炉密相区,随气化炉高度增加,H2和CO体积分数升高,CO2和O2体积分数降低;在稀相区气体组分含量随高度变化平缓;改变气化介质、当量比、水蒸气配比和二次风配比可显著影响气化气体焦油含量;木屑水分的提高会降低气化稳定性,稻壳气化过程中易出现炉底温度骤升现象,颗粒燃料气化过程中易导致密相区温差和压差持续升高。     

氮气和含氧气氛下玉米秸秆热解气化产气规律研究

为了探究秸秆类生物质在热解和气化过程中的产气规律,以我国东北地区典型的玉米秸秆为原料,基于自行建立的管式炉生物质热解气化实验装置,系统研究了玉米秸秆在氮气气氛下热解和在含氧气氛下气化过程中CO、H2、CO2、CH4和CnHm等小分子生物质燃气成分的释放特性,对比分析了不同热解温度和气化温度对不同燃气组分释放规律及其产率的影响。实验结果表明：玉米秸秆热解过程中最先释放的小分子气相产物是CO和CO2;当温度升高时生物质燃气中逐渐出现CH4和H2,且随着热解温度升高,CO的产率峰值最先出现且峰值出现在升温阶段,而CO2、CH4和H2的产率峰值几乎同时出现在恒温阶段;热解温度升高,玉米秸秆热解产生的CO体积分数几乎没有变化,而CO2的占比则随着温度的升高而降低;在400~500℃之间CH4体积分数随着热解温度的升高而增加,在500℃以后,基本稳定在13%。在O.2体积分数为8%、N2体积分数为92%的含氧气氛下,随着气化温度的升高,玉米秸秆气化产生CO2气体的体积分数呈先增加后降低的趋势,而CO的体积分数随着温度的升高而增大,这说明高温气化条件下更有利于CO的释放,而低温条件下有利于CO2的产生。     

基于Aspen HYSYS的沼气中CO2气体低温液化分离技术

基于沼气主要成分CH4气体和CO2气体物理性质的差异,利用PR方程,得出不同CH4体积分数下,沼气泡点和露点的温度和压力;在Aspen HYSYS平台中,设计了低温液化分离沼气中CO2气体的流程,仿真分析了低温液化对CH4体积分数和CO2体积分数的影响.根据低温液化分离沼气中CO2气体的流程,对沼气进行纯化实验,结果表明:实验结果与模拟结果相吻合;液化分离后CH4体积分数从58.2％升至82.8％,CO2体积分数由36.4％降至8.8％,N2+ O2体积分数小于4.0％.     

平板式微燃烧器内二甲醚催化燃烧与动态火焰研究

微型燃烧器是微动力系统的核心,在微型平板燃烧器内进行了二甲醚/空气铂催化燃烧实验,主要研究了燃烧性能和动态火焰,包括稳燃范围、火焰特征、壁面温度、产物含量变化等。实验结果表明,在微型平板燃烧器内,添加石英棉后稳燃范围明显高于未加石英棉的情况。未添加石英棉时,当量比Φ为1.2~1.4时,可以让火焰驻定;Φ1.4时,会产生振荡火焰,振荡过程可分为3个阶段;Φ1.2时,无火焰产生。添加石英棉后,火焰驻定在石英棉处,随着流速的增加,火焰高度增加,壁温分布沿壁面中心线呈对称分布。壁面温度随流速增加而增加,温度峰值向出口处移动。尾气中CO2体积分数在Φ=1时达最大值13.44%,在富燃情况下,产物中存在CO和H2,且随当量比增加,二者含量增加。     

松木屑成型颗粒制备富氢产品气试验研究

基于生物质气化技术,采用下吸式气化炉为反应器,以高温水蒸气作为气化剂,选取温度和S/B(水蒸气流量与生物质气化量比)作为影响因素,炉体温度的变化范围700~950℃,S/B取值范围0.3~1.0,对产品气的组分变化规律进行分析,探讨了炉内的气化反应特性。试验结果表明,下吸式气化炉碳层内的水蒸气气化反应及焦油裂解反应对制取富氢燃气有重要作用,H2和CO的产率随温度的升高而增加,在温度增加到一定值后,H2体积分数达到峰值,继续升高温度导致H2的体积分数有所下降。S/B的增加有利于产品气中的H2含量的提升,但吸热反应造成炉内床体的反应温度下降,抑制H2体积分数的增加。在本试验条件下,H2的体积分数最大达到47.67%,对应的工况S/B为1.0,温度为900℃。     

热管式生物质气化炉中水蒸气汽化试验研究

以木屑为原料在热管式生物质气化炉中进行了水蒸气汽化试验研究,分析了热管对床层温度分布的影响,研究了温度对产气成分、热值及产物分布的影响.试验结果表明,热管式生物质气化炉的床层温度分布基本均匀;随着床层温度从650℃升高到900℃,H2的体积分数逐渐增加,平均含量在60%以上,CH4含量减少,CO含量基本不变,CO2含量略有减少;汽化产物中气体产率逐渐增加,固体和液体产率减少.     

有机胺基氨基酸盐吸收剂的沼气CO2分离特性

在鼓泡式CO2吸收和再生装置中对有机胺基氨基酸盐吸收剂的沼气CO2吸收和再生特性进行了研究,并与乙醇胺(MEA)和哌嗪(PZ)进行了对比。试验中,气相为典型的模拟沼气氛围(CO2与CH4体积分数比为4∶6,常压),液相CO2吸收温度为35℃,再生温度为75℃,并辅以纯CH4作为吹扫气。结果表明:当达到CO2吸收和再生平衡时,质量分数为30%的4种乙醇胺基氨基酸盐吸收剂对CO2的净携带容量均优于MEA,且乙醇胺基鸟氨酸盐(MEAORN)的CO2净携带容量最高(0.733 mol/mol),比第二位、质量分数为15%的PZ高82.34%。同时,综合考虑能耗与投资成本,对吸收剂CO2分离成本的对比分析表明,MEAORN和PZ的沼气CO2分离成本低于MEA,而乙醇胺基氨基乙酸盐(MEAGLY)在大规模沼气提纯上具有替代MEA进行工程应用的潜能。     

基于时间序列分析的雾滴叶面动态接触角预测与建模

提出了一种基于图像数据采集的时间序列分析与空间趋势面相结合的雾滴叶面动态接触角预测和建模方法.利用CCD数字摄像技术,测定了质量分数为16.08％ ～82.14％的8种草甘膦助剂(EF8108-B)水溶液液滴在黄瓜叶面上的动态接触角θ.实验结果表明,接触角在0～2s内急剧下降,2～10s内下降平缓并渐趋于稳定;各质量分数EF8108-B液滴在黄瓜叶面的接触角没有随着质量分数的增大呈现接触角降幅增加的趋势.采用时间序列分析建立了黄瓜叶片界面2 s内液滴的动态接触角二阶自回归模型AR(2)、动态液滴尺寸滑动平均模型MA(3)以及动态液滴形状指数平滑模型ES(6).结合趋势面原理,模拟铺展直径Φ、液滴高度H、液滴面积A和液滴体积V在空间上的分布规律,构建出黄瓜叶面动态接触角的三维趋势面模型.数值模拟检验和实验验证结果表明,模型拟合度达到94.72％,具有较高的模拟精度.     

校准的ADM1模型在中试规模厌氧消化过程中的拟合应用

文章针对中试规模农村生产生活有机废弃物的厌氧消化过程,利用MATLAB进行ADM1模型的拟合仿真研究.结合投料方式,通过校准kLaCH4,kLaH2,kLaCO2值,模拟序批式混合有机质厌氧消化过程中CH4,CO2的产量.得到的累积产气量模型拟合度较好,R2高于0.98.对CH4和CO2的单日产气量,以及由此计算得出的...     

下吸式气化炉木屑高温蒸汽气化制取富H2实验

设计了生物质高温蒸汽气化实验平台,主反应器为高温蒸汽发生系统和带有喉口的下吸式气化炉。利用该实验平台对木屑进行高温蒸汽气化研究,气化过程通入的蒸汽温度控制在600~1 000℃。实验结果表明:高温蒸汽既是气化过程的气化剂又是部分热载体,能有效提高气化效率,并维持炉内温度场的稳定。实验条件下,气化气可燃组分体积分数达到77%以上,当蒸汽温度为(948±4)℃时,气化气中H2体积分数达到(51.83±0.12)%,气体热值为9.81 MJ/m3,H2/CO组分比达到2.17,气化气可持续稳定燃烧,气化性能较为理想。     

基于ASPEN PLUS的烟气气氛下生物质气化模拟

基于ASPEN PLUS平台利用气固反应动力学,在生物质热解气燃烧所产生的烟气气氛下,建立生物质热解气化模型。通过AKTS热动力学软件分析了生物质在模拟烟气(80%N2、17%CO_2、3%O_2)气氛下热解气化的反应动力学,并对比模拟值和实验值,验证模型的可靠性;对影响热解气化特性的气氛进行分析并确定反应釜数量。结果表明:基于ASPEN PLUS平台进行生物质气化模拟性能良好。生物质热解气化过程中,动力学参数活化能和指前因子随着反应的进行而变化;与氮气和氧气气氛相比,烟气气氛有利于CO产生,产气热值比实验值提高1.3倍。     

牧豆树下吸式气化炉性能评价（摘选）

通过调查生物质发电厂得知,牧豆树常被选为下吸式气化炉的燃料。产气的特性由不同的成分、热值、密度和焦油含量所确定。气化炉的性能通过观察参数如燃料消耗量、比燃料消耗量、当量比、比产气率、比气化速率和气化效率来评价。在负荷20 kW条件下,一氧化碳（CO）、氢气（H2）、二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）和氮（N2）体积百分比分别为18.4%、13.8%、11.1%、2.40%和54.2%。随着发动机负荷从5 kW增加到20 kW,气体的热值、密度和焦油含量变化范围分别为4.17～4.85 MJm3,1.16～1.56 kgm3和10.0～10.2 mgm3;燃料消耗速率、比燃料消耗速率、比气化速率、比产气率、当量比和气化效率变化范围为11～28 kgh,1.40～2.20 kg（kW·h）,29.63～75.43 kg（m2·h）,103.7～257.43 m3hm2,0.32～0.47和79.26%～89.90%。      

玉米芯稀酸水解残渣热解特性

在热天平分析仪上对比分析了玉米芯水解残渣、玉米芯及残渣木质素的热失重特性,借助TGA-FTIR解析了残渣木质素热解过程中主要产物的析出特性,在自制小型快速热解装置上对比考察了水解残渣和玉米芯的热解产物分布,并进一步对比分析了热解气的组分组成及热解焦的气化反应性。TGA结果表明,玉米芯热解主要集中在250～450℃,而水解残渣和残渣木质素的热解温度范围为180～800℃。TGA-FTIR分析显示,甲醇和酚类的主要析出温度区间为200～420℃,而CO和CH4主要在400℃以后析出。在热解温度550～850℃内,水解残渣的固体热解焦产率为30.35%～42.64%,远高于玉米芯热解的固体产率19.18%～26.40%,且残渣热解焦的气化反应性低于玉米芯热解焦;气体组分中CO和CO2产率较高,H2产率在温度高于650℃时明显提高。     

生物质燃气各组分气体燃烧与排放特性试验

在一台火花点火发动机上,分别进行了生物质燃气中可燃组分CH4、CO和H2的燃烧试验,研究并对比了各组分气体的燃烧及排放特性.结果表明,H2燃烧快,热效率高,NOx排放水平较低;CH4和CO相比具有较高的热效率和较低的NOx排放水平,但其稀燃能力较弱;在实际生物质燃气中可以通过提高H2的含量来扩展稀燃极限以及提高热效率.     

湿式净化秸秆热解气化机组研制

开发的集喷淋、水浴、水膜及冲击于一体的湿式净化器和横流侧位出气的气化反应炉组成的气化机组,具有燃气热值高、焦油含量低、安装方便、操作简单、安全可靠等特点。气化效率为78％,燃气低位热值为5.4MJ/m^3（玉米秸秆）,焦油含量48mg/m^3,H2S为18.4mg/m^3,O2为0.7%,主要技术指标均超过同类机组。     

沼气净化技术现状

沼气中主要含CH4和CO2,还有少量的H2S,NH3,痕量的H2,N2,O2,CO和卤化烃,沼气通过净化达到含甲烷97%以上,可以被用作汽车燃料,并入天然气网,沼气燃料电池发电等高端应用,发挥更大的经济价值。本文综述了近年来国外在沼气应用方面的主要技术状况和进展,并结合我国沼气应用方式现状分析了我国沼气能源应用的发展方向。     

高温空气气化生物质的平衡模型研究

在考虑气化过程中碳的部分转化及系统散热的基础上,对甲烷反应的平衡常数进行修正,建立了基于物料平衡、化学平衡及能量平衡的高温空气气化生物质的平衡模型,模型计算结果与文献试验数据相符。利用该修正模型研究了林木废弃物在下吸式固定床、高温空气气化条件下,空气预热温度、原料含水量及空气当量比对产气组成、气体热值和气化效率的影响。结果表明:提高空气预热温度有利于产气,而原料含水量应尽量降低;空气当量比为0.34时,气化效果最理想。     

沼气高价值多元化利用碳捕集工艺优化设计

针对我国天然气紧缺、碳中和压力较大和沼气低价值利用问题,开发膜与压缩冷凝梯级耦合的沼气高价值多元化利用碳捕集工艺,实现低价值沼气近零排放高价值综合回收利用。利用Aspen HYSYS对1 000 Nm3/h规模的沼气提纯过程进行工艺设计和优化,通过燃气系统的膜分离单元生产高品位燃气,同时CO2系统利用燃气系统提供的富CO2优质原料生产液态CO2产品,并副产低品位燃气。优化过程主要考察操作压力对回收率、产品价值、运行费用和设备投资等因素的影响,以及原料流量波动对回收率、产品和经济性的影响。结果表明：在1.8~3.8 MPa条件下,能够同时生产热值314 MJ/Nm3高品位燃气、热值17.9 MJ/Nm3低品位燃气和CO2浓度95 vol%液态CO2产品,在2.2 MPa时获得年最佳经济效益约261万元,每年减排约9 755 t的CO2当量温室气体。与低品位燃气热值和液态CO2产品浓度相比,高品位燃气热值受流量波动影响较大。