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1、1,生物质气化,主要内容,生物质气化基本原理,生物质气化反应动力学,生物质气化设备和工作原理,生物质气化指标及影响因素,生物质气化基本原理,图 上吸式气化炉气化原理,1.干燥区 温度大约为100250 产物为干物料和水蒸气 水蒸气随着下面三个反应区的产热排除气化炉 干物料进入裂解区2.热分解区（裂解区）温度大约为300600 产物为炭、H2、水蒸气、CO、CO2、CH4、焦油及其他烃类物质 热气体上升进入干燥区 炭进入还原区,生物质气化基本原理,图 上吸式气化炉气化原理,3.还原区（吸热）温度大约为700900 产物为CO、CO2、H2 热气体上升进入裂解区 未反应炭进入氧化区4.氧化区（放热
2、）温度大约为10001200 产物为CO、CO2 热气体上升进入还原区 灰进入灰室,生物质气化反应动力学,生物质气化动力学包括热分解过程机理及动力学表达式，还原过程中的主要化学反应及过程速率，焦炭的燃烧过程及其二次反应过程速率。,分解过程机理及动力学表达式 低温时（低于250）的主要产物是CO2、CO、H2O及焦炭；温度升高至400以上时，生成CO2、CO、H2O、H2、CH4焦炭及焦油等；温度继续升高至700并有足够停留时间时，出现二次反应，即焦油裂解为氢、轻烃及炭等产物。,生物质气化反应动力学,还原过程中主要化学反应及过程速率 下面反应是可逆的，增加温度、降低压力促进反应进行。温度低于70
3、0时，反应有利于CO2的生成，并且水蒸气与碳的反应速率极为缓慢。温度从800开始升高时，水蒸气与碳的反应明显增加。,其中水蒸气与碳的反应速率与温度的关系式：,生物质气化反应动力学,焦炭的燃烧过程及其二次反应过程速率 生物质炭的燃烧速率受燃烧温度控制，基本呈现对数曲线增长。又受氧通过灰层的扩散速率控制，细颗粒的燃烧速率比大颗粒快得多。随着颗粒粒径减小，燃烧速率按对数曲线递增。焦油的燃烧速率随温度增加而增加，且接近直线关系。二次反应包括裂解、重整、水蒸气与一氧化碳的变换反应、二氧化碳与碳及碳与水蒸气的还原反应等。温度与停留时间是决定二次反应程度的主要因素。,1）固定床 上吸式气化炉,优点是：燃气在
4、经过热分解层和干燥层时，将热量传递给物料，用于物料的热分解和干燥，同时降低其自身的温度，使炉子热效率大大提高；热分解层和干燥层对燃气有一定的过滤作用，所以出炉的燃气中只含有少量灰分；结构简单，加工制造容易，炉内阻力小。,缺点是：原料中水分不能参加反应，减少了燃气中H和碳氢化合物的含量，气体与固体逆向流动时，物料中的水分随产品气体带出炉外，降低了气体的实际热值，增加了排烟热损失；热气体从底部上升时，温度沿着反应层高度下降，物料被干燥与低温度的气流相遇，原料在低温(250400oC)下进行热分解，导致焦油含量高。,生物质气化设备和工作原理,下吸式气化炉优点是：气化强度较上吸式高；工作稳定性好；由于
5、氧化区在热解区与还原区之间，因而干馏和热解的产物都要经过氧化区，在高温下裂解成H2和CO等永久性小分子气体，使气化气中焦油含量大大减少。缺点是：出炉的可燃气中含有的灰分较多；出炉的可燃气的温度较高，须用水进行冷却。,生物质气化设备和工作原理,横吸式气化炉 生物质原料由炉顶加入，灰分落入炉栅下部的灰室。气化剂由侧面进入，产出的气体也由侧面流出，气流横向通过气化区，在氧化区、还原区进行的热化学反应与下吸式气化炉相同，只不过反应温度较高，燃烧区温度甚至会超过灰熔点，容易造成结渣。因此，该炉适用于含灰分少的原料，一般用作焦炭和木炭气化。,（2）流化床气化炉 流化床气化炉的反应物料中常掺有精选过的惰性材
6、料沙子，在吹入气化剂作用下，物料颗粒、沙子、气化剂接触充分，受热充分，在炉内呈“沸腾”燃烧状态，气化反应速度快，生产能力大，气化效率高。,生物质气化设备和工作原理,主要缺点 产气中灰分需要很好地净化处理和部件磨损严重。,生物质气化设备和工作原理,以外循环流化床气化炉为例：主要优点 气化反应在床内进行，焦油也在床内裂解，气固分离以后的炭不断循环回反应炉内。使炭有足够的时间在床内停留，以适应还原反应速度慢的需要。适合水分含量大、热值低、着火困难的生物质物料。,1.比消耗量。定义：气化1kg生物质所消耗气化剂(如空气、水蒸气、氧气)的量。2.产品气产率。气化1kg原料所得到的气体燃料在标准状态下的体
7、积称为产品气产率。3.碳转化率。碳转化率是指生物质燃料中的碳转化为气体燃料中碳的份额，即气体中含碳量与原料中含碳量之比。,气体产率，m3/kg,燃气中的体积百分比,原料中碳的含量，%,生物质气化指标及影响因素,4.气化效率。生物质气化后生成的产品气总热量与气化原料总热量之比，称为气化效率，它是衡量气化过程的主要指标。,5.气化强度。单位时间内，气化反应器单位横截面上所能气化的原料量称为气化强度，单位通常为kg(m2h)。,气化指标的影响因素,复杂的热化学过程，受很多因素的影响。影响气化指标的因素取决于3个方面，即原料特性、气化过程的操作条件和气化反应器的构造。,生物质气化指标及影响因素,(1)
8、生物质特性原料特性不但影响气化指标而日也决定气化方法的选择。生物质作为气化原料比煤作为气化原料有突出的优点。1)挥发分高、固定族低。生物质特别是秸秆类生物质，固定碳在20左右，而挥发分则高达70左右。在较低温度下，约400度就可全部挥发出来。2)生物质碳反应性高。生物质碳在较低温度下，以较快的速度与CO2及水蒸气进行气化反应。如：在815、2MPa下，木炭在He(45)、H2(5)及水蒸气(5)的气体中，只要7分钟，80能被气化，泥煤炭只能有约20被气化，而褐煤显几乎没有反应。3)生物质灰分少。生物质灰分一般少于3(稻壳等除外)。4)含硫量低。生物质台硫量一般少于02，不需要气体脱硫装置，降低
9、了成本，又有利于环境保护。,生物质气化指标及影响因素,(2)原料的结渣性。反应性好的原料，可以在较低温度下操作气化过程不易结渣，有利于操作，也有利于甲烷生成。矿物成分往往可使燃料在燃烧反应中起催化作用。例如：将木灰(15)喷在加热中的木材表面上就可使反应性加强，反应时间减少1/2。,生物质气化指标及影响因素,(3)气化条件。反应温度、反应压力、物料特性、气化设备结构等也是影响气化过程中的主要因素，不同的气化条件，气化产物成分的变化很大。,生物质气化指标及影响因素,谢 谢,固定床气化炉,下吸式：焦油含量少，热值高,上吸式：焦油含量多，热值低,流化床气化炉,优点：（1）流化床气化炉断面小，气化效率和气化强度较高。（2）流化床气化对灰分要求不高，可以使用粒度很小的原料。（3）流化床气化的产气能力可在较大范围内波动，且气化效率不会明显降低。（4）流化床使用的燃料颗粒很细，传热面积大，传热效率高，气化反应温度不是很高且均衡，结渣的可能性减弱。缺点（1）产出气体的显热损失大。（2）由于燃料颗粒细，流化速度较高，故产出气体中的带出物较多。,双流化床气化炉,谢 谢,
