生物質氣化總結.ppt

1,生物質氣化,主要內容,生物質氣化基本原理,生物質氣化反應動力學,生物質氣化設備和工作原理,生物質氣化指標及影響因素,生物質氣化基本原理,圖 上吸式氣化爐氣化原理,1.干燥區(qū) 溫度大約為100250 產物為干物料和水蒸氣 水蒸氣隨著下面三個反應區(qū)的產熱排除氣化爐 干物料進入裂解區(qū) 2.熱分解區(qū)（裂解區(qū)） 溫度大約為300600 產物為炭、H2、水蒸氣、CO、CO2、CH4、焦油及其他烴類物質 熱氣體上升進入干燥區(qū) 炭進入還原區(qū),生物質氣化基本原理,圖 上吸式氣化爐氣化原理,3.還原區(qū)（吸熱） 溫度大約為700900 產物為CO、CO2、 H2 熱氣體上升進入裂解區(qū) 未反應炭進入氧化區(qū) 4.氧化區(qū)（放熱） 溫度大約為10001200 產物為CO、CO2 熱氣體上升進入還原區(qū) 灰進入灰室,生物質氣化反應動力學,生物質氣化動力學包括熱分解過程機理及動力學表達式，還原過程中的主要化學反應及過程速率，焦炭的燃燒過程及其二次反應過程速率。,分解過程機理及動力學表達式 低溫時（低于250）的主要產物是CO2、CO、H2O及焦炭；溫度升高至400以上時，生成CO2、CO、H2O、H2、CH4焦炭及焦油等；溫度繼續(xù)升高至700并有足夠停留時間時，出現二次反應，即焦油裂解為氫、輕烴及炭等產物。,生物質氣化反應動力學,還原過程中主要化學反應及過程速率 下面反應是可逆的，增加溫度、降低壓力促進反應進行。溫度低于700時，反應有利于CO2的生成，并且水蒸氣與碳的反應速率極為緩慢。溫度從800開始升高時，水蒸氣與碳的反應明顯增加。,其中水蒸氣與碳的反應速率與溫度的關系式：,生物質氣化反應動力學,焦炭的燃燒過程及其二次反應過程速率 生物質炭的燃燒速率受燃燒溫度控制，基本呈現對數曲線增長。又受氧通過灰層的擴散速率控制，細顆粒的燃燒速率比大顆粒快得多。隨著顆粒粒徑減小，燃燒速率按對數曲線遞增。 焦油的燃燒速率隨溫度增加而增加，且接近直線關系。 二次反應包括裂解、重整、水蒸氣與一氧化碳的變換反應、二氧化碳與碳及碳與水蒸氣的還原反應等。溫度與停留時間是決定二次反應程度的主要因素。,1）固定床 上吸式氣化爐,優(yōu)點是： 燃氣在經過熱分解層和干燥層時，將熱量傳遞給物料，用于物料的熱分解和干燥，同時降低其自身的溫度，使爐子熱效率大大提高； 熱分解層和干燥層對燃氣有一定的過濾作用，所以出爐的燃氣中只含有少量灰分；結構簡單，加工制造容易，爐內阻力小。,缺點是： 原料中水分不能參加反應，減少了燃氣中H和碳氫化合物的含量，氣體與固體逆向流動時，物料中的水分隨產品氣體帶出爐外，降低了氣體的實際熱值，增加了排煙熱損失； 熱氣體從底部上升時，溫度沿著反應層高度下降，物料被干燥與低溫度的氣流相遇，原料在低溫(250400oC)下進行熱分解，導致焦油含量高。,生物質氣化設備和工作原理, 下吸式氣化爐 優(yōu)點是： 氣化強度較上吸式高； 工作穩(wěn)定性好； 由于氧化區(qū)在熱解區(qū)與還原區(qū)之間，因而干餾和熱解的產物都要經過氧化區(qū)，在高溫下裂解成H2和CO等永久性小分子氣體，使氣化氣中焦油含量大大減少。 缺點是： 出爐的可燃氣中含有的灰分較多； 出爐的可燃氣的溫度較高，須用水進行冷卻。,生物質氣化設備和工作原理, 橫吸式氣化爐 生物質原料由爐頂加入，灰分落入爐柵下部的灰室。氣化劑由側面進入，產出的氣體也由側面流出，氣流橫向通過氣化區(qū)，在氧化區(qū)、還原區(qū)進行的熱化學反應與下吸式氣化爐相同，只不過反應溫度較高，燃燒區(qū)溫度甚至會超過灰熔點，容易造成結渣。因此，該爐適用于含灰分少的原料，一般用作焦炭和木炭氣化。,（2）流化床氣化爐 流化床氣化爐的反應物料中常摻有精選過的惰性材料沙子，在吹入氣化劑作用下，物料顆粒、沙子、氣化劑接觸充分，受熱充分，在爐內呈“沸騰”燃燒狀態(tài)，氣化反應速度快，生產能力大，氣化效率高。,生物質氣化設備和工作原理,主要缺點 產氣中灰分需要很好地凈化處理和部件磨損嚴重。,生物質氣化設備和工作原理,以外循環(huán)流化床氣化爐為例： 主要優(yōu)點 氣化反應在床內進行，焦油也在床內裂解，氣固分離以后的炭不斷循環(huán)回反應爐內。使炭有足夠的時間在床內停留，以適應還原反應速度慢的需要。適合水分含量大、熱值低、著火困難的生物質物料。,1.比消耗量。定義：氣化1kg生物質所消耗氣化劑(如空氣、水蒸氣、氧氣)的量。 2.產品氣產率。氣化1kg原料所得到的氣體燃料在標準狀態(tài)下的體積稱為產品氣產率。 3.碳轉化率。碳轉化率是指生物質燃料中的碳轉化為氣體燃料中碳的份額，即氣體中含碳量與原料中含碳量之比。,氣體產率，m3/kg,燃氣中的體積百分比,原料中碳的含量，%,生物質氣化指標及影響因素,4. 氣化效率。生物質氣化后生成的產品氣總熱量與氣化原料總熱量之比，稱為氣化效率，它是衡量氣化過程的主要指標。,5. 氣化強度。單位時間內，氣化反應器單位橫截面上所能 氣化的原料量稱為氣化強度，單位通常為kg(m2h)。,氣化指標的影響因素,復雜的熱化學過程，受很多因素的影響。 影響氣化指標的因素取決于3個方面，即原料特性、氣化過程的操作條件和氣化反應器的構造。,生物質氣化指標及影響因素,(1)生物質特性 原料特性不但影響氣化指標而日也決定氣化方法的選擇。生物質作為氣化原料比煤作為氣化原料有突出的優(yōu)點。 1)揮發(fā)分高、固定族低。生物質特別是秸稈類生物質，固定碳在20左右，而揮發(fā)分則高達70左右。在較低溫度下，約400度就可全部揮發(fā)出來。 2)生物質碳反應性高。生物質碳在較低溫度下，以較快的速度與CO2及水蒸氣進行氣化反應。 如：在815、2MPa下，木炭在He(45)、H2(5)及水蒸氣(5)的氣體中，只要7分鐘，80能被氣化，泥煤炭只能有約20被氣化，而褐煤顯幾乎沒有反應。 3)生物質灰分少。生物質灰分一般少于3(稻殼等除外)。 4)含硫量低。生物質臺硫量一般少于02，不需要氣體脫硫裝置，降低了成本，又有利于環(huán)境保護。,生物質氣化指標及影響因素,(2)原料的結渣性。 反應性好的原料，可以在較低溫度下操作氣化過程不易結渣，有利于操作，也有利于甲烷生成。礦物成分往往可使燃料在燃燒反應中起催化作用。 例如：將木灰(15)噴在加熱中的木材表面上就可使反應性加強，反應時間減少1/2。,生物質氣化指標及影響因素,(3)氣化條件。 反應溫度、反應壓力、物料特性、氣化設備結構等也是影響氣化過程中的主要因素，不同的氣化條件，氣化產物成分的變化很大。,生物質氣化指標及影響因素,謝 謝,固定床氣化爐,下吸式：焦油含量少，熱值高,上吸式：焦油含量多，熱值低,流化床氣化爐,優(yōu)點： （1）流化床氣化爐斷面小，氣化效率和氣化強度較高。 （2）流化床氣化對灰分要求不高，可以使用粒度很小的原料。 （3）流