不同催化剂对生物质半焦低温气化效果的影响

生物质气化技术是将低品位的生物质能转换成高品位能源的有效途径。该文以稻壳和麦秸半焦为试验对象,进行了低温下生物质半焦的水蒸气气化试验,研究了浸渍法制备的碱金属催化剂和气化温度对生物质半焦气化行为的影响。结果显示,对于稻壳半焦气化而言,相同负载量的K基催化剂的催化效果明显优于Na基催化剂,相比非催化时稻壳半焦的碳转化率分别提高了18.2%和13.5%,差异明显。增加K2CO3负载量有利于半焦气化反应的进行,但负载量不宜超过30%。不同的煅烧温度,催化剂的活性组分存在形式有较大差别,负载量为30%的K基催化剂在800℃煅烧后具有最佳的催化效果。相同条件下,麦秸半焦的气体产率和碳转化率均较高,在700℃下添加该催化剂时分别达到130.0mol/kg和95.9%,相比非催化时分别提高了57.0%和34.1%。随着温度的降低,气体产率和碳转化率均明显下降,该文催化条件下的半焦气化温度不宜低于700℃。研究结果可为生物质低温气化高效催化剂的选择提供理论依据。     

生物质焦的水蒸气汽化动力学研究

生物质气化包括生物质的热解及随后的生物质焦的水蒸汽气化过程。为了给生物质气化反应器的设计提供基础数据,利用热天平试验装置对1?273?K制备的生物质焦行了水蒸汽气化反应性试验,研究了气化温度对气化反应性、平均比气化速率、反应速率等的影响。并且利用均相模型和缩芯模型拟合试验数据求得了相应的动力学参数。得出结论：随着温度的增加,焦炭气化反应性增加,平均比气化速率增加。由均相模型所算得活化能为181.24 kJ/mol,指前因子为5.19×105 min-1,缩芯模型所算得活化能为192.87 kJ/ mol,指前因子为1.60×106 min-1。在转化率为10%～75%范围内,均相模型和缩芯模型均可以很好的描述生物质焦的水蒸汽气化行为,但是缩芯模型比均相模型的拟合效果要好。     

气化过程中谷壳焦颗粒孔隙结构及分形特性的演化

为了深入揭示生物质焦在气化反应中的行为变化及反应机理,该文利用氮气物理吸附法和扫描电镜等技术研究了气化过程中谷壳焦颗粒孔隙结构和表面形态的演化,并用分形维数描述了焦颗粒内部孔隙表面形态的复杂程度。结果表明,谷壳气化焦的吸附特性曲线在整体上均呈现出II型等温线特征,表明焦颗粒具有较为连续和完整的孔分布系统。随着气化反应的进行,谷壳焦的BET比表面积和微孔比表面积均呈现出先增大后减小的变化趋势,并在气化转化率为48.6%时取得最大值210.45和147.14m2/g。孔容积的变化规律与比表面积相近。随着气化转化率的增大,焦颗粒的平均孔径迅速减小,在转化率为35.4%时达到最小值2.94nm,之后稍有增大。分形FHH(Frenkel-Halsey-Hill)模型适用于生物质气化焦颗粒孔隙表面分形特征的研究。气化过程中焦颗粒孔隙表面分形维数的变化趋势与平均孔径的变化趋势相反,两者呈现出较好的线性关系。研究结果可为实际生物质气化过程的数值模拟和运行参数的优化等提供参考。     

生物质能研究现状及展望

生物质能是当前能源和生态环境领域研究的热点。该文鉴于目前能源、生态环境状况以及生物质能的利用现状、所处的战略地位,对当前生物质能研究的四个热点：生物质能开发利用潜力、生物质能利用对生态环境影响、生物质能开发利用技术研究、生物质能开发利用可行性分析及其发展前景进行了阐述,同时就发展生物质能需要解决的问题作了简要的分析,进而对生物质能开发利用研究有个全面的科学的认识。在能源需求、生态环境保护和发展经济的拉动下,生物质能在未来将具有广阔的发展前景。     

北京郊区生物质两种气站净产能评估与分析

该文采用能值方法对北京郊区生物质大中型秸秆气化站和沼气站的能值投入及产出进行了核算,结果表明,大中型秸秆气化站和沼气站净能值产出率（EYR）均小于1,秸秆气化站净能值产出率为0.55,沼气站净能值产出率为0.70,说明此2种能源经济生产方式效率低,不具备经济活动竞争力。因受到技术水平制约,这2种能源开发方式为经济不合算开发方式,对其开发利用尤其是大中型沼气站的开发利用应有清醒认识,因地制宜地建设并加大技术研发力度;同时要注重其公益性特征,充分挖掘北京郊区生物质资源开发潜力。     

膨润土/褐铁矿改性白云石催化剂改善松木蒸汽富氢气化性能

采用蒸汽气化,以松木燃料棒为试验对象,分析气化气及焦油组分变化,研究改性白云石(膨润土为载体,白云石为活性组分,并负载少量褐铁矿)催化性能随温度升高的变化规律。试验表明:750℃时,在改性白云石催化条件下,H_2的体积分数为45.77%±0.23%,相较无催化和白云石催化条件下的富氢作用,气化所需温度下降100℃;富氢程度在较低温度下明显,但随温度升高而消弱;改性白云石不仅促使烃端链上碳碳长链断链,产生氢自由基,进而形成H_2,同时促进芳香环开环反应,脱羧基及脱羟基反应,使得裂解后的焦油更易转化为小分子气体;催化剂中活性中心Fe~(3+)随温度高逐渐减少,使得改性白云石的质量增加在900℃降低至最小值,但相比白云石,改性白云石催化剂在气化前后的色泽和形态变化较轻,反映其表面积碳及机械强度得到优化。项目研究可为生物质蒸汽催化气化及廉价高效改性白云石的应用提供参考。     

气相温度脉动对非球形生物质颗粒焦炭燃烧的影响

将生物质颗粒与煤粉混合燃烧,可以有效地利用生物质能。生物质颗粒通常形状很不规则,有着较大的长径比,非球形特性较为明显。对于在燃烧室内运动与燃烧的生物质颗粒,气相湍流脉动是否会对非球形生物质颗粒的燃烧反应过程产生作用有待探讨。该文研究了气相温度脉动对热气流中非球形生物质颗粒瞬时焦炭燃烧的影响,给出了不同气相平均温度和颗粒长径比下生物质颗粒瞬时质量和瞬时焦炭燃烧速率随时间的变化。研究表明气相温度脉动对不同长径比的生物质颗粒的焦炭燃烧过程均有明显的影响,导致颗粒质量下降变快,焦炭燃尽时间变短。气相温度脉动幅度的增加进一步加快了不同长径比颗粒瞬时质量的下降。该文的研究揭示了气相温度的湍流脉动对非球形生物质颗粒瞬时焦炭燃烧过程的作用,这种作用并不会因为颗粒长径比的变化而发生改变。     

膨润土褐铁矿改性白云石催化松木棒气化工艺优化

针对白云石催化剂在生物质催化气化过程中易碎、易产生积碳失活问题,为提高其催化活性、抗积碳和再生性能,采用固定床下吸式气化炉试验系统,以Fe-Dol-Ben(膨润土/褐铁矿改性白云石)为催化剂,松木屑废料经成型为棒状颗粒为原料,进行高温水蒸气催化气化试验。研究气化温度(700～1000℃)、铁含量(质量分数为5%～20%)以及催化剂使用次数(1～4)等因素对松木棒催化气化性能及催化剂表面积碳影响。试验结果表明,水蒸气和松木棒的质量比(气料比)为1,催化剂的铁质量分数为15%,气化温度为900℃时气化气中氢气的体积分数达到最大值58.38%,Fe-Dol-Ben催化剂积碳量随气化温度升高逐渐减小,试验区间内1 000℃时达到最小值,较700℃减少了80%。气化气中氢气的体积分数随铁含量增加呈先增加后降低的趋势,积碳量呈先降低后增加,在铁质量分数为15%催化效果较好。Fe-Dol-Ben催化剂较相同条件下分别用膨润土及改性前白云石催化时积碳量分别减少了80.6%和53.6%。对催化剂进行再生再利用试验表明,使用后的Fe-Dol-Ben催化剂进行700℃煅烧再生后,其晶相与催化前基本相同,将其多次再生循环利用,随着使用次数的增加气化气中氢气的体积分数逐渐降低,催化剂的积碳量逐渐增大,使用4次并用于催化气化时氢气的体积分数仍接近50%,保持较好催化效果。综合气化效果、积碳量及经济性因素,Fe-Dol-Ben铁质量分数为15%,气化温度选取900℃为较理想工况。该研究可为改性白云石Fe-Dol-Ben催化剂的研制及生物质高温水蒸汽催化气化技术提供参考。     

生物质焦制备条件对甲苯裂解特性的影响

为了探索生物质焦比表面积和金属氧化物含量等物理化学特性对其催化活性的影响,该文通过生物质制焦条件（制焦温度、活化方式、原料种类等）的改变制备了不同的生物质焦样品,并在微波反应器上,对以生物质焦为催化剂的甲苯催化裂解特性进行了研究,结果表明制焦条件对甲苯转化率有重要影响。制焦温度的提高有助于生物质焦比表面积及孔容积的增加,可以提高生物质焦对甲苯的裂解转化率,制备温度为850℃的生物质焦对甲苯的裂解转化率可达99.9%。生物质焦在CO2或水蒸气气氛中的活化可以使生物质焦比表面积大幅度增加,对甲苯的裂解转化率得到提高。灰分对生物质焦的催化特性有重要影响,稻壳焦脱灰前后的对比研究表明,K2O、CaO含量越高,生物质焦的催化活性越强。     

玉米芯半焦CO2等温气化特性及动力学

为研究玉米芯半焦在CO2气氛中的气化特性,采用等温热重法考察了5、40、100℃/min热解升温速率和800～1 000℃反应温度对气化反应活性影响的程度。结果表明,随着热解升温速率的提高,半焦气化的总反应速率有所提高,完成反应所需要的时间相应减少。反应温度对整个气化过程有着重要的影响。随着温度的升高,反应速率明显加快,反应时间显著缩短。通过扫描电镜观察了不同热解升温速率下半焦的表面形态,表明热解升温速率越高,半焦表面的孔径越大,孔结构越发达。对比分析可知,反应温度比热解升温速率对气化过程有着更加重要的影     

改性生物质炭对棉秆热解挥发分析出特性的影响

生物质焦炭由于其复杂的结构特点和无机矿物质的存在,使得其对快速热解过程中挥发分的析出有着重要的影响。此外生物质本身所含的大量金属盐也促进了焦炭与挥发分的反应。该文通过酸洗和负载Na、K、Mg、Fe金属氯盐等探讨棉杆热解焦炭对生物质热解特性的影响。试验温度为500℃,研究发现棉秆热解炭对酸类、脂类和醛类有明显抑制作用;对酚类、呋喃类以及糖类有促进作用;酸洗以及负载不同金属盐后生物炭的存在使得生物油的产量降低,而气体产率增加;金属离子对酚类富集作用顺序为:KNaFeMg,Fe Cl3的添加有利于氢气的增加,氢气体积分数达12.96%,而KCl和Mg Cl2对CO的生成促进作用明显,产量分别为49.22%和49.38%;金属离子对挥发分裂解影响要强于单纯增加下层催化段焦炭质量。     

中国生物质产业及发展取向

该文界定了生物质、生物质产品、生物质资源和生物质产业的概念和范围,分析了中国生物质资源的潜力。针对中国当前“三农”问题和未来10～20年能源安全等重大需求,综述了国内外生物质产业发展的4个取向：生物质发电、生物质液体燃料、生物质有机高分子材料和能源农林业。简述了现代农林工生物质能一体化系统的生物质产业发展模式。发展生物质产业对于解决农民增收问题、加快农业工业化进程和促进农村小康社会建设等具有重要意义。     

高温蒸汽松木颗粒富氢气化试验

采用自制下吸式气化炉试验系统平台,以松木颗粒为原料,进行不同蒸汽流量及气化温度条件下的高温蒸汽气化试验。试验表明:随着气化温度升高,气化反应程度加剧,碳氢化合物与高温蒸汽的重整反应亦更剧烈。气化气中H2体积分数从气化温度为700℃时的23.38%升高到950℃时的44.79%,提高了近一倍,但由于CO和蒸汽的变换反应在900℃后受到抑制,H2体积分数略微下降,CO随温度升高先减少后增加,CO2呈缓慢减少趋势;蒸汽流量是高温蒸汽气化技术重要影响指标,在气化温度为850~950℃范围内,蒸汽流量由0.3增加到0.9 kg/h时,气化气中H2体积分数由37.06%增长到47.67%,CO变化较为稳定,CO2的含量先降低后上升,CnHm的体积分数呈下降趋势,气化气产率和氢气产率均随蒸汽流量的增加先增大后减小;特别是当蒸汽流量为0.6 kg/h,气化温度为900℃时,气化气产率和氢气产率分别为2.69 m3/kg和101.8 g/kg,达到试验工况条件下的最大值,此时反应加入的蒸汽量与生物质量的比值约为0.95,为试验较佳工况。     

棉秆和油菜秆热解焦炭的燃烧与吸附特性

为了研究生物质热解多联产焦炭产品的应用特性,采用棉秆和油菜秆作为热解原料制备了不同温度(350、550、750和950℃)下的焦炭样品。分析了不同焦样的燃烧特性、水分吸收和保持特性、CO2吸附特性、苯酚吸附特性和抗环境氧化能力。研究结果表明550℃热解棉秆焦炭和750℃热解油菜秆焦炭燃烧特性好,热值高,燃烧快速剧烈,容易燃尽,适宜作为燃料炭;而综合焦样的吸水能力和保水特性,350℃热解棉秆焦炭和550℃热解油菜秆焦炭的吸水量大,保水能力强,适宜用作生物炭。高温下制备的棉秆焦炭和油菜秆焦炭吸附CO2和苯酚的能力更强,其吸附量跟焦炭微孔容积正相关;同时高温热解焦炭具有更好的碳汇效应,相同热解温度下制备的棉秆焦炭比油菜秆焦炭抗环境氧化能力更强。根据不同焦样的燃烧和吸附特性,选择性的制备目标焦炭,将其运用于工农业生产,有利于提升热解多联产的经济效益,保证多联产系统的稳定运营。     

生物质气化特性研究及分析

为了提高生物质能的利用效率以及生物质气化合成气的品质,基于AspenPlus模拟平台,以松木、玉米秸秆和木屑为气化原料,对生物质气化特性进行了研究并对气化过程进行了分析。计算了空燃比为0.7～2.3、生物质含水率为30%条件下的气化炉运行温度、合成气低位热值和效率等主要气化过程性能指标,并通过提高气化剂温度、干燥生物质原料等方法对生物质气化过程进行了优化分析。结果表明,生物质种类及其含水率对气化过程性能有较大的影响;降低生物质含水率、提高气化剂温度有利于提高气化过程的效率和合成气低位热值。     

生物质气化尾气CO2联合微波重整甲苯制备合成气

该文以甲苯为焦油模型化合物,利用生物质焦炭诱导其转化合成气,探讨加热方式和通入CO2对甲苯转化的影响。结果表明:同等工况下,微波加热(microwave heating,MH)下甲苯转化率高于常规加热(electrical heating,EH),甲苯转化率最大差值为15.58%。通入CO2可促进甲苯转化,MH和EH下分别在CO2流量为80和40 m L/min达到最高转化率93.73%和82.13%。引入CO2可调控甲苯定向制备合成气,且对生物质焦炭造成碳损耗。损耗碳可转化合成气,且CO2通入量越高,其贡献越大。MH下合成气最大产率为173.66 m L/min,为裂解反应的5.68倍。甲苯裂解率持续降至49.0%,之后趋于稳定。甲苯重整转化率维持较高水平,140 min后开始减弱,同时合成气收率平缓降低。该文研究结果对高效利用焦油和减排CO2有借鉴意义。     

近30年渭南市秸秆生物能及其分布重心变化

基于农作物草谷比系数、可收割系数和折标煤系数,测算了1978—2011年渭南市各区县秸秆资源的生物能量,利用重心模型研究了渭南市秸秆生物能的重心分布范围及其空间变化情况。结果表明,2008—2011年渭南市秸秆资源年均理论蕴藏量为3.79×106 t,年均可收集量为3.17×106 t,年均折标煤量为8.81×105 t,秸秆资源中以粮食作物秸秆为主,约占90%,其中小麦和玉米约占98%;1978—2011年渭南市秸秆生物能量呈现波动上升趋势,其整体分布重心逐渐向西南方向移动,但移动幅度逐渐变缓;依据渭南市秸秆资源相关指标的地理分布情况,将其秸秆资源能源化利用区划分为重点开发区(临渭区、大荔县、富平县),适度开发区(蒲城县、合阳县、澄城县、华县和华阴市)和不宜开发区(韩城市、潼关县、白水县);渭南市秸秆生物能工厂初步选址可定在大荔县与蒲城县交界处且较为靠近临渭区的地段。     

秸秆成型燃料双层炉排锅炉炉膛温度分布试验与分析

在4种工况下：1.最小风门α_py为1.6、2.较小风门α_py为2.2、3.较大风门α_py为3.2、4.最大风门α_py为4.4,分别对作者设计的双层炉排秸秆成型燃料锅炉炉膛温度分布进行试验,结果表明：在4种工况下,炉膛垂直方向、深度方向、宽度方向温度分布出现不同特点,在工况2、3之间锅炉炉膛的温度分布较合理,燃料燃烧状况较好,实现了锅炉安全、稳定、经济运行,从而为锅炉燃烧设备优化设计及运行调整提供依据。     

生物质燃气焦油产率及其净化

生物质气化技术是目前农村清洁用能的新型技术,但在应用中存在着燃气焦油灰分含量高,焦油味重,严重时堵塞管路等问题。该文以农村常用的下吸式生物质气化炉为核心,研究气化过程中焦油灰分的产出特性,并对出口燃气采用湿式喷淋装置和干式过滤装置相结合的联合过滤方法对燃气净化。试验表明,还原区温度对焦油和灰分含量有显著影响,高温可抑制焦油灰分产出（温度在650℃以上,1 m3燃气中,出口焦油灰分维持在2000 mg）。经过联合过滤后,焦油脱除效率达到99.5%以上,1 m3燃气中,燃气中焦油灰分维持在10 mg以内,达到     

不同Si/Al的氢型分子筛催化热解对生物油特性的影响

为考察对于氢型分子筛(HZSM-5)的Si/Al变化和添加量对生物质热解液化的影响,该文通过离子交换法制备HZSM-5催化剂,采用激光粒度分析仪、比表面积及孔径分析仪和X射线衍射仪对催化剂的粒度、孔隙及晶体结构等性质进行表征,并在最佳油产率温度下进行木屑的催化热解。对无催化剂和不同催化条件下得到的生物油进行气相色谱质谱联用分析,结果表明,分子筛作用下,生物油产率明显降低(最大降幅8%),含水率增加。同时,液体产物中醛类、酯类、酮类、呋喃等含氧化合物及酸含量均有所降低,提高了烃类和酚类的含量,峰面积百分比最高达到12.57%和39.36%,对催化剂催化调控改善生物油品质提供了一定的科学依据。