生物质气流床气化技术的研究进展

转化利用全国中文核心期刊矿业类核心期刊《 CAJ-CD规范》执行优秀期刊焦油的成分十分复杂,大部分是苯的衍生物包括苯、萘、甲苯、二甲苯、苯乙烯、酚和茚等。焦油的存在对生物质气的后处理工艺及设备具有重要影生物质气流床气化技响。焦油能量占可燃气能量的5%-10%,用于燃张科达梁大明王鹏步学烧时难以完全燃尽,且产生炭黑等颗粒物,对燃烧设备、环境和人体等均有害而无益;焦油在生物质气降煤炭科学研究总院北京煤化工研究温处理时会冷凝成液体,易与水、飞灰等物质凝结堵塞输气管道和阀门等设施。因此,焦油问题是影响生物质气使用的最大障碍,是生物质气化技术需要解决的关键问题之一2。当气化炉内燃烧区域温度在1000℃以上高温时,焦油将被分解成永久性气体,能够彻底解决焦油问题,获得的生物质气具有热值高,酚类含量极低,对环境低污染4等优点。化技术的研究进展目前已有国内外的学者或研究机构开始对生物质在高温条件下的气化进行实验室的研究(例如生物质学朋董卫果戢绪国气流床气化技术),以期能够解决目前生物质气化所存在的焦油含量高、燃气热值低等问题。与煤气流床气化相似,生物质气流床气化是指生物质被粉碎成一定颗粒后,由惰性气体携带输送与气化剂并流进入气化炉,在大于1000℃条件下进行气化反应,得到生物质气。该气化方法具有气流速度快气化强度和反应温度高生产能力大及环保性能好等优点。生物质气流床的运用最早始于上世纪80年代初生物质直接液化技术,即生物质气流床摘要:阐述了发展生物质气流床气化技术的背闪速热裂解制取生物油技术比较著名的液化技术是景和意义,分析了生物质气流床气化技术的特征,重比利时 Egemin生物质气流床热解制油系统和美国点介绍了国内外生物质气流床气化技术的研究进GTRI生物质气流床热裂解制油系统。图1所示为展,指出了目前该技术研究的重点及难点问题。生物质空气丙烷关键词:生物质;气流床;气化立燃烧中图分类号:TQ546文献标识码:A文章编号:10066772(2009)01005144流量汨生物质气化技术最早是于20世纪70年代由CangM等首先提出的。如今,生物质气化技术已发展成生物油区螺旋泵为生物质能转化为高品质能源的主要途径之图1比利时 Egemin生物质气流床闪速目前应用的生物质气化炉主要包括固定床气化热解制油中试系统装置炉和流化床气化炉两种类型。但无论是流化床还是储料仓;2仓;3—次级燃烧炉;固定床气化炉,其气化温度均小于1000℃,致使气一下降式气流床反应器:5—旋风分离半焦化炉产出的可燃气体中或多或少含有焦油。里洗涤器:7—半焦箱8—清洗箱中国煤化工收稿日期:2008-10-20CNMHG基金项目:国家高技术研究发展计划(863计划)资助(2007 AA05Z324)作者筒介:张科达(1984-),男浙江宁波人,煤科学研究怠院在读硕士研究方向:燦组成、结构与加工利用性质的研究生物质气流床气化技术的研究进展比利时 Egemin生物质气流床闪速热解制油中试系A. van der drift,H. Boerrigter等人分析了生物质统装置-6。图2所示为美国GTRI生物质气流床气流床气化的可行性,并研究了气流床中灰熔融性、热裂解制油系统装置。给料装置、加压方法以及气化路线选择,在给料系统方面采用烘焙的方法,从而使生物质能形成良好的旋风淋冷水分离器给水撚流态化便于气力输送。德国化学技术研究所生物质冷凝,除E. Henrich等人提出了一种新的木质纤维素生物质的给料方法。主要针对高灰份、碱金属和氯含量解半焦废水都很高以及低灰熔点类的秸秆作物,来解决生物质给料兼容性的问题。德国科林集团( CHOREN)在载气发生器合区生物油生物质气流床气化技术上处于领先地位,开发了燃烧器空气丙烷丙烷CaoV气化工艺(,CaoV气化技术可分为3个阶段:生物质(水分15%~25%)第一阶段内以部图2美国GT阳生物质气流床热裂解制油系统装置分氧化方式在400~500℃温度内炭化,分解成焦油燃气(挥发分)以及半焦(生物焦);第二阶段的气化1气流床气化特征温度在原料灰熔点以上,焦油燃气利用氧气/空气再气流床气化技术有如下特点:①进入气流床的次化;第三阶段粉化的生物焦以气流形式被输入高温气化剂内。该粗气经处理过可用于发电,生产物质必须是小颗粒。气流床是气固并流,气体与固蒸汽热或合成太阳能柴油。体在炉内的停留时间都比较短,几乎相同,一般在意大利 Univesita di Pisa的E. Biagina等人1利1-10小颗粒气化的的是想通过增大物质的比用小型气流床研究了无姻煤与生物质在氧化性气氛表面积来提高气化反应速率,从而提高气化炉的生中的快速加热下的气化反应情况,且利用热动力学、产能力和碳的转化率;②由于使用颗粒很小的物粒度分析以及电镜扫描等手段分析确定生物质在高质及使用纯氧在加压下气化,大大加快了气化反应温气流床中碳转化程度、反应性等特性。并建立了速率使气化强度高碳转化率高;③气化过程反应气流床单颗粒数学模型来模拟沿轴向的流体动力温度高,产物气中不含焦油、酚类物质;④其缺点则学能量平衡以及质量平衡。图3是 E. biagina等人是氧耗高、需设置磨粉、显热回收及除尘等较庞大的设计的下降管气流床气化实验炉主体部分。辅助装置。对于气流床气化方法的研究,最为成熟的是柯伯斯托切克法(KT炉),此法早已工业化9。由于KT炉是干式加料,因此对于生物质气流床气化来说比较适合。具体过程是生物质被粉碎后由气力输送至料仓,再用螺旋给料器送至炉头,与氧气和过热水蒸汽混合之后由烧嘴喷入炉内,但干法加料也有缺点即结构复杂,而且输送能耗与设备磨损都很大图3下降管气流床气化实验炉2国外的研究情况1——给料口;2—二次风人口:3—产气出口加热器件;5—水冷系统;6——整流栅目前关于生物质气流床气化尚处于实验室研究7—喷头;8—石英管阶段,在国外,从事生物质气流床气化技术研究的主3国内的研究情况要有荷兰能源研究中心( Energy research Centre ofthe Netherlands, ECN ), BtG( Biomass technology中国煤化工开究刚刚起步。主group)、德国 Institut fur Technische Chemie与科林公要报i江等人在15~CNMH司( CHOREN)、瑞典皇家工学院(KmH)以及意大利20kg验装置上,研究了Univesity di Pisa等研究机构。荷兰能源研究所高温条件下,不同OC摩尔比对生物质气化特性的《洁净煤技术》2009年第15卷第1期转化利用全国中文核心期刊矿业类核心期刊《cAcD规范)执行优秀期刊影响,并根据实验气化炉的边界条件,建立了相应的和焦油含量少的优点。华东理工大学的张巍巍等气化模型。并且研究发现O/C比在1.0-2.0范围针对生物质气化过程面临的问题利用慢速热内随OC比的增加,CO、H12均呈现先增加后减小解方法作为生物质气流床气化的前处理工艺并考察的趋势,可燃气体成分(CH4+H2+CO)占总合成气其可行性,分析讨论了热解后半焦的化学组成和输的50%左右;部分燃烧反应区温度在160K以上送特性,并使用 ASPEN PLUS模拟软件计算比较了时碳转化率大于90%,冷煤气效率达到50%左右。原料与半焦的气化结果,研究发现半焦的能量密度华东理工大学的陈雪莉等人1基于 ASPEN PLUS随热解温度的升高而升高;热解温度在300-400℃模拟平台,对生物质热解后半焦气化与生物质原料之间,半焦的质量产率和能量产率对于气化工艺比直接气化分别进行了模拟计算,研究发现热解方法较有利;热解后半焦的内摩擦角、休止角明显降低作为生物质气流床气化工艺的前处理手段是可行堆积密度明显提高,并使用 ASPEN PLUS模拟软件的热解终温为300℃时对气流床气化是最合适的;进行计算比较,发现当热解温度为400℃时的气化O/C摩尔比在0.9~1.1之间比较合适;对于300℃效果最理想。半焦进行气化,空气温度预热到550℃比较合适,气化温度可达到1056℃,可燃气体热值可达到4结语5958k/m3,碳转化率也可达到9959%(1)生物质气流床气化技术是一项较新的技浙江大学的曹小伟等人根据气流床气化的术,对其的研究才刚刚起步,不管是国内还是国外都原理,自行设计了小型气流床气化实验台,如图4所还尚处于实验室阶段,目前还没有开始应用。示。研究了气化炉内的流场与温度场,并且考察了(2)生物质气流床气化既有优点,也有缺点,即原料粒度、O/B(氧气/生物质)、S/B(水蒸气/生物生物质在加入到气化炉之前,必须将其磨碎成小颗质)、温度等因素对气化产物的影响,实验发现粒度粒,而生物质存在研磨较困难等问题,同时整个过程越小,越有利于气体产物的生成;OB(氧气生物的能耗也较大。质)增加,促进碳转化率增加,但H2产量减少,CO(3)针对笔者提到的生物质气流床气化技术目产量先增加后减少;温度升高有利于碳转化率增大,前的研究重点及技术难点,认识到对于该技术的研冷煤气效率及H2浓度增加。究,还有很长一段路要走总之,随着石油和煤炭资源的日趋紧张,先进的生物质气化技术将有着广阔的发展前景。由于生物质气流床气化具有气化能力高、气化效率高,无焦油、低污染等优点,相对于固定床和流化床气化技术来说将更加受到人们的关注参考文献:[1] Garg M, Piskorz J, S. Scott, et al, The Hydogasification ofWood[J]. Ind Eng. Chem. Res, 1988, 27: 256-264[2]谢军吴创之阴秀丽,等.生物质气化发电技术及应图4生物质高温层流气流床气化系统用前景[J].上海发电,2005(1):54-57一氮气;2—氧气或空气;3—质量流量挖制[3]李芳芹.煤的燃烧与气化手册[M].北京:化学工业出器;4——预热器;5——三通阀;6——蒸汽发生器;版社,1955气力给料器;8—气流床气化反应器:9—温[4]苏学泳,王智微程从明.生物质在流化床中的热解和控系统;10—旋风分离器:11—冷凝器;12—棉气化研究[].燃料化学学报,2000,28(4):298-305绒过滤器;13——在线煤气分析系统;14—冷却水[5 Maniatis K, Baeyens J, Peeters H, Roggeman G. The出口;15—冷却水进口中国煤化工ommissioning and re-浙江大学的赵辉等人利用小型气化系统对Advances in Thermo-木屑进行了气化试验,研究发现生物质气流床气化CNMHGBlackie, 1993. 1257具有合成气含量高碳转化率高煤气产率高甲烷[6]Maniatis K, Baeyens J, Roggeman G, Peeters H. Flash生物质气流床气化技术的研究进展转化利用pyrolysis of biomass in an entrained bed reactor[J].Fi-nal report of EEC Contract JOUB 0025, 1993[12]E. Biagin, M Cioni, L. Tognotti, Development and char-[7] Knight J. A. Pyrolysis of pine sawdust. Thermal Uses andProperties of Carbohydrates and Lignins[J]. New York:ting biomass fuels[J]. Fuel, 2005. 84: p 1524-1534Academic Press. 1976.159-173[13]乌晓江,张忠孝朴桂林,等.高温加压气流床内生物[8]袁明干煤粉气流床气化的发展现状与趋势[J]煤炭质气化特性的实验研究[J]动力工程,2007,8科学技术.2002,5[14]陈雪莉张巍巍王辅臣,等.基于 ASPEN PLUS模拟生[9]徐京磐流化床和气流床气化技术综述[J.小氮肥设物质气流床气化工艺过程[J]太阳能学报,2007,12计技术2002,2:5[15]曹小伟,周劲松余春江生物质气流床气化特性及半[10]A. van der Drift, H. Boerrigter, B Coda, M. K. Cieplik焦气化动力学研究[D].杭州:浙江大学,2007,5K. Hemmes, Entrained flow gasification of biomass[ R].[16]赵辉生物质高温气流床气化制取合成气的机理试验ECN report C-04-039, 2004研究[D]杭州:浙江大学,2007,10[11]E. Henrich,F. Weirich, Pressurised entrained flow gasifi-[17]张巍巍曾国勇陈雪莉等,生物质气流床气化前的ers for biomass[C], in IT3 02 Conference. 2002: Ne处理工艺[J].过程工程学报,2007,8R&D of biomass entrained flow gasification technologyZHANG Ke-da, LIANG Da-ming, WANG Peng, BU Xue-peng, DONG Wei-guo, JI Xu-guoBeying Research institute of Coal Chemistry, China Coal Research Institute, Beying 100013, ChinaAbstract: This paper presents the significance and background of developing biomass entrained flow gasificationtechnology, analyses the characteristics of biomass entrained flow gasification. and highlights the shortcomings ofthe r&d of biomass entrained flow gasification technology both home and abroad, pointing out the keystone and dif-ficulty for the development of this areaKeywords: biomass; entrained flow; gasification(上接第27页)transformation and optimization of PG6 type of filterGUO Yu-meShanxi Institute of Coal, Taiyuan 030031, China)Abstract: Analysis and research the issues which appeared in the running of PG l6 type of filter in Jiexiu coal prep-aration plant. Having optimized the slurry system according to reform the sluicing system and unloading system offilter. This improved the operating efficiency of the filter system.Keywords: filtering machine; reform; optimize欢迎订阅《洁净煤技术山中国煤化工CNMHG电话:010-84262927,Ema: . mJs四403.net《洁净煤技术》20年第15卷第1期