玉米秸秆循环流化床气化炉气化工艺参数优化
发布时间：2022-01-01 08:43
为实现秸秆类农业生物质废弃物的高效清洁能源化转化利用,采用带有二级返料系统的循环流化床气化炉对玉米秸秆进行了气化试验。在二级返料系统开启及闭合条件下,选取空气当量比为0.20～0.35,研究空气当量比对玉米秸秆气化特性的影响,结果表明二级返料系统开启及闭合两种工况均在空气当量比为0.26时取得较优值,二级返料系统开启时具有较好的气化效果,碳转化率与气化效率最大值分别达到93.54%与77.06%。在二级返料系统开启状态下,试验研究了水蒸气配比对玉米秸秆气化特性的影响,结果表明以空气为主气化介质,辅助以水蒸气气化,可以有效改善气化燃气品质,提升气化效率。当空气当量比为0.26、水蒸气配比为0.2时,玉米秸秆空气—水蒸气气化具有较好的气化特性,燃气热值与气化效率分别达到最大值5.89MJ/m3与81.45%。典型工况条件下的焦油蒸馏馏分分析结果表明,提高气化炉反应温度,并保持一定的水蒸气气化环境,可促进焦油裂解转化。试验可为秸秆类生物质的高效清洁转化利用提供参考依据。
【文章来源】：农业工程学报. 2019,35(05)北大核心EICSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
空气当量比ER对气化炉内温度与焦油含量的影响Fig.4Effectofairequivalenceratio(ER)on注：S/B=0
农业工程学报（http://www.tcsae.org）2019年230二级返料系统的启闭对于玉米秸秆碳转化率及气化效率的影响变化曲线见图5。由图5所示的试验结果可以判断，增大ER促进了气化炉内的氧化燃烧，促使玉米秸秆原料与过程半焦气相转化，以及不饱和烃与焦油等大分子物质裂解成小分子气体，从而提高原料碳转化率；当ER较小时，气化反应强度弱，进入气化炉内的生物质原料难以反应充分，虽然气化燃气热值较高，但受限于产气量小导致气化效率仍然偏低；随着ER增大，燃气热值虽有下降，但气化产气量增加，气化效率整体上呈现出了先升后降的变化；在相同ER条件下，二级返料系统的开启增加了玉米秸秆原料在气化炉内的循环反应时间，促使气化残渣及焦油中的更多有机质转化到气相产物中。注：S/B=0。Note:S/B=0.图5空气当量比ER对碳转化率及气化效率的影响Fig.5Effectofairequivalenceratiooncarbonconversionrateandgasificationefficiency由图5还可以得出，当二级返料系统闭合时，ER为0.20～0.35时的气化效率为63.52%～72.95%，碳转化率为77.34%～91.19%，较理想的ER为0.26，此时气化效率达到最大值72.95%，对应的燃气热值为5.22MJ/m3，与于杰等[15]采用循环流化床对玉米秸秆进行气化试验ER为0.20～0.35时的气化效率63%～70%，以及Guo等[23]采用循环流化床对中药渣进行气化试验ER为0.25～0.35时的气化效率60%～68%、碳转化率75%～90%的研究结果基本是一致的。当二级返料系统开启时，系统气化效率为66.99%～77.06%，碳转化率为79.86%～93.54%，较理想的ER为0.26，此时气化效率
第5期常加富等：玉米秸秆循环流化床气化炉气化工艺参数优化231图7S/B对燃气热值与气化效率的影响Fig.7EffectofS/Bongascalorificvalueandgasificationefficiency2.3焦油馏分分析根据焦油各组分沸点不同，将焦油样品分为轻油、酚油、洗油、蒽油和沥青5个主要馏分[17]。选取3种典型工况下，具有较优气化参数条件时取样得到的焦油样品，进行馏分分析，不同工况下得到焦油样品的主要馏分含量列于表4。在工况1的焦油样品中，沸点＞300℃的蒽油、沥青含量占比高达57.2%，而低沸点的轻质油和酚油含量较少，表明焦油样品中重质成分含量较高。对于工况3的焦油样品，轻质油和酚油的含量急剧增加，蒽油和沥青重质成分的含量占比降至14.2%。由3种典型工况条件下的焦油蒸馏馏分结果可知，提高气化炉温度，并保持一定的水蒸气气化环境，可促进气化过程中的副产物焦油裂解转化。这与Minkova等[30]与Wang等[31]的研究结果是一致的：在较高温度下，生成的H2和CO等还原气体，将加速焦油类重质组分的裂化和重整反应，减小沥青和蒽油的含量，从而增加轻油的含量。此外，蒸气的引入可以产生大量的H自由基，促进焦油中重质组分的重组反应，并为转化中间体提供了稳定剂阻止重聚合反应，从而生成更多的轻质组分。表4不同馏程范围的焦油样品含量Table4Contentofdifferentdistillationrangeoftarsamples%工况条件Workingconditions馏程范围DistillationrangeCase二级返料系统启闭Open/ClosedERS/B<170℃170～210℃>210～300℃>300～360℃>360℃1关闭Closed0.2603.813.725.318.538.72开启Open0.2607.728.233.620.
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于热解-重整-燃烧解耦三床气化系统的生物质催化制富氢气体[J]. 亚力昆江·吐尔逊,潘岳,别尔德汗·瓦提汗,迪丽努尔·塔力甫,阿布力克木·阿布力孜,马凤云,徐绍平. 农业工程学报. 2018(17)
[2]玉米秸秆循环流化床气化中试试验[J]. 于杰,董玉平,常加富,董磊. 化工进展. 2018(08)
[3]生物质热解影响因素及技术研究进展[J]. 胡二峰,赵立欣,吴娟,孟海波,姚宗路,丛宏斌,吴雨浓. 农业工程学报. 2018(14)
[4]秸秆热解工艺优化与生物炭理化特性分析[J]. 刘朝霞,牛文娟,楚合营,牛智有. 农业工程学报. 2018(05)
[5]玉米秸秆循环流化床热解气化试验[J]. 于杰,王成泉,于圣涛,董玉平,常加富,董磊. 新能源进展. 2018(01)
[6]玉米秸秆与煤流化床的共气化特性[J]. 曾曦,敖先权,曹阳,杨爱江. 过程工程学报. 2017(03)
[7]我国农作物秸秆综合利用发展模式及政策建议[J]. 石祖梁,刘璐璐,王飞,李想,常志州. 中国农业科技导报. 2016(06)
[8]循环流化床中菌渣热解气化特性的研究[J]. 杨帅,张兆玲,孟剑峰,董玉平,梁敬翠,盖超,范鹏飞. 高校化学工程学报. 2015(04)
[9]感冒清热颗粒中药渣中试规模循环流化床气化实验[J]. 范鹏飞,李景东,刘艳涛,董玉平,梁敬翠,盖超,张彤辉. 化工进展. 2014(08)
[10]中药渣双回路循环流化床气化试验[J]. 董玉平,张彤辉,常加富,闫永秀,梁敬翠,吕兆川,杨帅,范鹏飞. 天然气工业. 2013(10)
硕士论文
[1]稻壳/木屑焦水蒸气高温气化反应特性[D]. 孙佳伟.哈尔滨理工大学 2016
本文编号：3562021
【文章来源】：农业工程学报. 2019,35(05)北大核心EICSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
空气当量比ER对气化炉内温度与焦油含量的影响Fig.4Effectofairequivalenceratio(ER)on注：S/B=0
农业工程学报（http://www.tcsae.org）2019年230二级返料系统的启闭对于玉米秸秆碳转化率及气化效率的影响变化曲线见图5。由图5所示的试验结果可以判断，增大ER促进了气化炉内的氧化燃烧，促使玉米秸秆原料与过程半焦气相转化，以及不饱和烃与焦油等大分子物质裂解成小分子气体，从而提高原料碳转化率；当ER较小时，气化反应强度弱，进入气化炉内的生物质原料难以反应充分，虽然气化燃气热值较高，但受限于产气量小导致气化效率仍然偏低；随着ER增大，燃气热值虽有下降，但气化产气量增加，气化效率整体上呈现出了先升后降的变化；在相同ER条件下，二级返料系统的开启增加了玉米秸秆原料在气化炉内的循环反应时间，促使气化残渣及焦油中的更多有机质转化到气相产物中。注：S/B=0。Note:S/B=0.图5空气当量比ER对碳转化率及气化效率的影响Fig.5Effectofairequivalenceratiooncarbonconversionrateandgasificationefficiency由图5还可以得出，当二级返料系统闭合时，ER为0.20～0.35时的气化效率为63.52%～72.95%，碳转化率为77.34%～91.19%，较理想的ER为0.26，此时气化效率达到最大值72.95%，对应的燃气热值为5.22MJ/m3，与于杰等[15]采用循环流化床对玉米秸秆进行气化试验ER为0.20～0.35时的气化效率63%～70%，以及Guo等[23]采用循环流化床对中药渣进行气化试验ER为0.25～0.35时的气化效率60%～68%、碳转化率75%～90%的研究结果基本是一致的。当二级返料系统开启时，系统气化效率为66.99%～77.06%，碳转化率为79.86%～93.54%，较理想的ER为0.26，此时气化效率
第5期常加富等：玉米秸秆循环流化床气化炉气化工艺参数优化231图7S/B对燃气热值与气化效率的影响Fig.7EffectofS/Bongascalorificvalueandgasificationefficiency2.3焦油馏分分析根据焦油各组分沸点不同，将焦油样品分为轻油、酚油、洗油、蒽油和沥青5个主要馏分[17]。选取3种典型工况下，具有较优气化参数条件时取样得到的焦油样品，进行馏分分析，不同工况下得到焦油样品的主要馏分含量列于表4。在工况1的焦油样品中，沸点＞300℃的蒽油、沥青含量占比高达57.2%，而低沸点的轻质油和酚油含量较少，表明焦油样品中重质成分含量较高。对于工况3的焦油样品，轻质油和酚油的含量急剧增加，蒽油和沥青重质成分的含量占比降至14.2%。由3种典型工况条件下的焦油蒸馏馏分结果可知，提高气化炉温度，并保持一定的水蒸气气化环境，可促进气化过程中的副产物焦油裂解转化。这与Minkova等[30]与Wang等[31]的研究结果是一致的：在较高温度下，生成的H2和CO等还原气体，将加速焦油类重质组分的裂化和重整反应，减小沥青和蒽油的含量，从而增加轻油的含量。此外，蒸气的引入可以产生大量的H自由基，促进焦油中重质组分的重组反应，并为转化中间体提供了稳定剂阻止重聚合反应，从而生成更多的轻质组分。表4不同馏程范围的焦油样品含量Table4Contentofdifferentdistillationrangeoftarsamples%工况条件Workingconditions馏程范围DistillationrangeCase二级返料系统启闭Open/ClosedERS/B<170℃170～210℃>210～300℃>300～360℃>360℃1关闭Closed0.2603.813.725.318.538.72开启Open0.2607.728.233.620.
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于热解-重整-燃烧解耦三床气化系统的生物质催化制富氢气体[J]. 亚力昆江·吐尔逊,潘岳,别尔德汗·瓦提汗,迪丽努尔·塔力甫,阿布力克木·阿布力孜,马凤云,徐绍平. 农业工程学报. 2018(17)
[2]玉米秸秆循环流化床气化中试试验[J]. 于杰,董玉平,常加富,董磊. 化工进展. 2018(08)
[3]生物质热解影响因素及技术研究进展[J]. 胡二峰,赵立欣,吴娟,孟海波,姚宗路,丛宏斌,吴雨浓. 农业工程学报. 2018(14)
[4]秸秆热解工艺优化与生物炭理化特性分析[J]. 刘朝霞,牛文娟,楚合营,牛智有. 农业工程学报. 2018(05)
[5]玉米秸秆循环流化床热解气化试验[J]. 于杰,王成泉,于圣涛,董玉平,常加富,董磊. 新能源进展. 2018(01)
[6]玉米秸秆与煤流化床的共气化特性[J]. 曾曦,敖先权,曹阳,杨爱江. 过程工程学报. 2017(03)
[7]我国农作物秸秆综合利用发展模式及政策建议[J]. 石祖梁,刘璐璐,王飞,李想,常志州. 中国农业科技导报. 2016(06)
[8]循环流化床中菌渣热解气化特性的研究[J]. 杨帅,张兆玲,孟剑峰,董玉平,梁敬翠,盖超,范鹏飞. 高校化学工程学报. 2015(04)
[9]感冒清热颗粒中药渣中试规模循环流化床气化实验[J]. 范鹏飞,李景东,刘艳涛,董玉平,梁敬翠,盖超,张彤辉. 化工进展. 2014(08)
[10]中药渣双回路循环流化床气化试验[J]. 董玉平,张彤辉,常加富,闫永秀,梁敬翠,吕兆川,杨帅,范鹏飞. 天然气工业. 2013(10)
硕士论文
[1]稻壳/木屑焦水蒸气高温气化反应特性[D]. 孙佳伟.哈尔滨理工大学 2016
本文编号：3562021
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/xnylw/3562021.html
