生物质气化集中供气系统（氧气集中供气系统）

 人参与 | 时间：2024-10-25 05:10:26
毕业设计关于生物质气化炉的生物焦油问题或催化剂问题可以从哪些课题着手做？秸杆气化炉焦油裂解技术 秸秆焦油催化裂解焦油催化裂解的原理 尽管在秸秆气化过程中采取各种措施控制焦油的产生，但实际上气体中焦油的质气中供中供含量仍远远超出应用允许的程度，所以对气体中的化集焦油进行处理，是气系气集气系有效利用燃气必不可少的过程，其中焦油的统氧统催化裂解是最有效、最先进的生物办法。以往简单的质气中供中供水洗或过滤等办法，只是化集把焦油从气体中分离出来，然后作为废物排放，气系气集气系既浪费了焦油本身的统氧统能量，又会产生大量的生物污染。而焦油热裂解却可把焦油分解为永久性气体，质气中供中供与可燃气一起被利用。化集所以它既减少了焦油含量，气系气集气系又利用了焦油中的统氧统能量。但热裂解需要很高的温度（1000℃～1200℃），所以实现较困难。催化裂解利用催化剂的作用，把焦油裂解的温度大大降低（约750℃～℃900），并提高裂解的效率，使焦油在很短时间内裂解率达99%以上。化学式描述裂解的转化过程。但不管何种成份，裂解的最终产物与气化气体的成份相似，所以焦油裂解对气化气体质量没有明显影响，只是数量有所增加。对大部分焦油成份来说，水蒸汽在裂解过程中有关键的作用，因为它能和某些焦油成份发生反应，生成CO和H2等气体，既减少炭黑的产生，又提高可燃气的产量。例如，萘在催化裂解时，发生下述反应： C10H8+10H2OÞ10CO+14H2 C10H8+20H2OÞ10CO2+24H2 C10H8+10H2OÞ2CO+4CO2+6H2+4CH4由此可知，水蒸汽非常有利于焦油裂解和可燃气体的产生。气化介质为空气时，产生低热值燃气，热值为4MJ/Nm3-7MJ/Nm3，氢气含量为8％～14％（体积），气化介质为水蒸气时产生中热值燃气，热值为10MJ/Nm3～16MJ/Nm3，氢气含量为30％～60％（体积如者）。催化剂的特点及选择秸秆气化炉焦油破解原理与石油的催化裂解相似，所以关于催化剂的选用可从石油工业中得到启发。但由于焦油催化裂解的附加值小，其成本要求很低才有实际意义。所以人们除利用石油工业的催化剂外，还大量研究了低成本的材料，如石灰石，石英砂和白云石等天然产物。大量的实验表明，很多材料对焦油裂解都有催化作用，其中效果较好又有应用前景的典型材料主要有三种，即木炭、白云石、镍基催化剂，它们的主要性能列于表1中。表7-4 典型催化剂的主要特点名称 反应温度 接触时间 转化效率 特 点镍基催化剂 750℃ ～1.0s 97 % (1) 反应温度低，转换效果好[4](2) 材料较贵，成本较高木炭 800℃900℃ ～0.5s～0.5s 91 %99.5% (1) 木炭为气化自身产物，成 本低(2) 随着反应进行，木炭本身减少白云石* 800℃900℃ ～0.5s～0.5s 95 %99.8 % 转换效率高，材料分布广泛， 成本低*白云石的主要成份为CaCO3和MgCO3，不同地方出产的白云石成份略有不同。从上面三种典型催化结果比较可知，镍基催化剂的效果最好，在750℃时即有很高的裂解率，而其他材料在750℃裂解的效果还不理想，但由于镍基催化剂较昂贵，成本较高，一般秸秆气化技术难以应用，所以只能在气体需要精制或合成汽油的工艺中使用。木炭的催化作用实际上在下吸式气化炉中即有明显的效果，但由于木炭在裂解焦油的同时参与反应，所以消耗很大（在1000℃时达0.1kg/Nm3）,对大型秸秆气化来说木炭作催化剂不现实，但木炭的催化作用对气化炉的设计及小型气化炉有一定的指导意义，因为木炭可参与化学反应，与水蒸汽反应生成一氧化碳和氢气，并能与燃气中生成的二氧化碳反应生成一氧化碳，二者都是可燃气体，这样最终能大大增加燃气的热值。化学反应式： C+H2O（水蒸汽）渗迹=CO+H2 C+CO2=2CO白云石（dolomite）是目前为止研究得最多和最成功的催化剂，虽然各地白云石的成份略有变化，但都有催化效果，一般当白云石中CaCO3 /MgCO3在1～1.5时效果较好。白云石作为焦油裂解催化剂的主要优点是催化效率高，成本低，所以具有很好的实用价值。 焦油催化裂解的工艺条件 焦油催化裂解除要求合适的催化剂外，还必须有严格的工艺条件。和其他催化过程一样，影响催化效果最重要因素有温度丛橡并和接触时间，所以其工艺条件也是根据这方面的要求来确定的。下面以白云石为例，分析这些工艺条件的特点温度：任何催化过程必须在合适的温度下才能进行，白云石对焦油的裂解在800℃以上即有很高的裂解率，而在900℃左右即可得到理想的效果（见图4），这一温度和秸杆气化的温度相近，所以比较容易实现，这也是白云石被广泛使用的主要原因之一。接触时间：焦油和催化剂的接触时间是决定催化效果的另一重要因素。由于接触时间又是由气相停留时间和催化剂的比表面积决定的，所以气相停留时间和白云石和颗粒大小成为催化裂解的重要工艺条件。在同一条件下，气相停留时间越长，裂解效果越好(见图4和图5)。对于不同的接触方式，气相停留时间的要求不同，例如，在800℃时，对dp»5mm的固定床，气相停留时间一般要求在0.5s左右，而对于dp»1.5mm的流化床，气相停留时间仅需0.1～0.25s即可[7]。同样的白云石的直径越小，催化效果越好（见图6），但颗粒直径太小，对固定床来说，阻力太大，而对流化床来说飞灰损失太严重，所以白云石的直径有一合适范围，一般dp为2.0～7.0mm为好。实现催化裂解工艺要求的关键对理想的白云石催化剂，裂解焦油的首要条件是足够高的温度（800℃以上），这一温度与流化床气化炉的运行温度相似。有关的实验表明，把白云石直接加入流化床气化炉中对焦油有一定的控制效果，但并不能完全解决问题。这主要是由于气化炉中焦油与催化剂的接触并不充分（因为焦油的产生主要在加料口位置，但即使循环流化床，加料口以上的催化剂数量也不可能很多）。所以为了达到预期效果，气化和焦油裂解一般要求在两个分开的反应炉中进行，这就使实际应用出现下列难题：(1)气化炉出口气体的温度已降至600℃左右，为了使裂解炉的温度维持在800℃以上，必须外加热源或使燃气部分燃烧（一般燃烧份额为5～10%），这就使气化气体质量变差，而且显热损失增加。(2)不管裂解炉采用固定床还是流化炉，气化气体中灰分或炭粒都有可能引起裂解炉进口堵塞。所以裂解炉和气化炉之间需增加气固分离口装置，但不能使气体温度下降太多，这就使系统更加复杂。(3)由于焦油裂解需独立的装置，而且由于高温的要求，裂解装置要连续进行（否则效率太低），这就使催化裂解技术只适于较大型的秸秆气化系统，限制了该技术和适用性。所以应用秸秆焦油催化裂解的关键，就是针对不同的气化特点，设计不同的裂解炉，尽可能降低裂解炉的能耗并提高系统热效率.解决焦油的3种方法 1，水洗，喷淋，生物质过滤。 且不说水洗会二次污染，参与过滤的生物质需经常更换，就说这套净化设施的成本，和需要二次动力就阻碍了户用秸杆汽化炉的发展。有说用离心式引风机能解决二次动力，以便完成水洗，试问：80瓦以下的引风机能配套吗，说是80瓦，在负荷时100瓦也要多，况且单一水洗根本不能完全解决焦油问题，还要有旋风除尘，低温过滤，等一系列方法。所以该方法只适合大型集中供气系统。 2. 高温裂解 每个秸杆汽化炉都有4个反应层，干燥，裂解，还原，氧化〈燃烧〉。为什么我们的汽化炉产的气不纯净，含大量的焦油，水呢？不是我们的炉子没有还原反应层，而是气体在还原层停留的时间太短，温度有太低，满足不了完全还原条件而已。 现重点说还原反应：在还原层已没有氧气的存在，在燃烧反应中生成的二氧化碳在这里同碳，水蒸汽发生还原反应，生成一氧化碳和氢气这些可燃气体，还原层的主要产物为一氧化碳，氢气，这些热气体同燃烧层生成的部分热气体进入裂解层。由于还原反应是吸热反应，在这里温度减低到700度左右。由于水和碳的反应是可逆反应，温度低于700度时，水蒸汽与碳的反应速度极为缓慢，在400度时几乎没有反应发生，只有在800度开始，反映才会有明显增加。热解过程包含许多复杂的反应，250度时的主要产物是co2,co,h2o,焦碳。400度时又发生一些反应，生成co2,co,h2o,h2,ch4,焦碳，焦油。温度继续生高到800度并有足够的停留时间时，出现二次反应，既：还原反应。水和碳反应生成一氧化碳和氢气，焦油裂解为氢，甲烷，轻胫类可燃气体和碳。温度升到1000度时，还原速度达到顶峰，只须1秒时间。 目前我们的秸杆汽化炉产的气不纯净，不易点燃，就是这个还原反应的条件达不到，二次污染不说，气的热值也不高，所以户用秸杆汽化炉要在结构上变化满足还原反应的条件，产的气就是永不冷凝的，纯净的热值高的可燃气体。并不象有些人说的焦油和水是世界难题。 高温裂解一论中指出：焦油，水的排放不仅二次污染，还降低了可燃气体的含量。下吸式汽化炉也仅仅是少部分解决了该问题，它还需配备净化装置。上吸的就不要再提拉。原因就是在还原层的裂解温度不够。高温裂解需要1000-1200度的高温。这温度只有在氧化层《燃烧层》，才能达到，所以，高温裂解在理论上成立，在实验室也能达到理想效果，但，在实际的生产，加工，推广，老百姓应用中达不到理想效果。为解决高温的瓶颈，采用催化裂解。 催化裂解就是在还原反应过程中加入催化剂，参与还原反应。关于催化裂解的反应机理很复杂，不在赘述。单说这催化裂解技术的应用：使用催化剂的最大目的是：把裂解还原的温度降低拉，就是说焦油在催化剂的作用下，只需750度的高温就开始急剧裂解，焦油裂解效率达百分之99，而在还原层的温度刚好满足催化裂解所需温度。就是说催化裂解也需要高温，不过是利用自供热系统而已。并不是象某些人说的低温裂解，在外置净化器内填充催化剂来裂解，这理论纯属忽悠，充其量不过是化学分解而已，与降温冷凝排焦并无二致。催化裂解在750度温度以下并不能实现。 3.催化裂解 焦油含量在0. 02-0. 05g/m，(标准状态下)范围内是可以接受的，但以目前的气化技术分析，在没有采用专门的焦油裂解设备情况下，大部分气化工艺中原始气体中焦油含量在2一50g/m3之间，净化系统的净化效果至少需要99％一99.9%才能达到气化要求，所以单一任何一种除焦过程很难满足气化工艺的要求，需要采用多净化过程相结合的除焦除尘工艺。 以目前的除焦技术看，水洗除焦法存在能量浪费和二次污染现象，净化效果只能勉强达到内燃机的要求;热裂解法在1100℃以上能得到较高的转换效率，但实际应用中实现较困难;催化裂解法可将焦油转化为可燃气，既提高系统能源利用率，又彻底减少二次污染，是目前较有发展前途的技术。 ①焦油催化裂解的原理。尽管在生物质气化过程中采取各种措施控制焦油的产生，但实际上气体中焦油的含量仍远远超出应用允许的程度，所以对气体中的焦油进行处理，是有效利用燃气必不可少的过程，其中焦油的催化裂解是最有效、最先进的办法。以往简单的水洗或过滤等办法，只是把焦油从气体中分离出来，然后作为废物排放，既浪费了焦油本身的能量，又会产生大量的污染。而焦油热裂解却可把焦油分解为永久性气体，与可燃气一起被利用。所以它既减少了焦油含量，又利用了焦油中的能量。但热裂解需要很高的温度(1000-1200℃)，所以实现较困难。催化裂解利用催化剂的作用，把焦油裂解的温度大大降低(约750一900℃)，并提高裂解的效率，使焦油在很短时间内裂解率达99%以上。 焦油的成分影响裂解的转化过程，但不管何种成分，裂解的最终产物与气化气体的成分相似，所以焦油裂解对气化气体质量没有明显影响，只是数量有所增加。对大部分焦油成分来说，水蒸气在裂解过程中有关键的作用，因为它能和某些焦油成分发生反应，生成CO和H2等气体，既减少炭黑的产生，又提高可燃气的产量。 ②催化剂的特点及选择。生物质焦油催化裂解原理与石油的催化裂解相似，所以关于催化剂的选用可从石油工业中得到启发。但由于焦油催化裂解的附加值小，其成本要求很低才有实际意义.所以人们除利用石油工业的催化剂外，还大量研究了低成本的材料，如石灰石，石英砂和白云石等天然产物。 ③焦油催化裂解的工艺条件。焦油催化裂解除要求合适的催化剂外，还必须有严格的工艺条件口和其他催化过程一样，影响催化效果最重要因素有温度和接触时间，所以其工艺条件也是根据这方面的要求来确定的。 ④实现催化裂解工艺要求的关键。对理想的白云石催化剂，裂解焦油的首要条件是足够高的温度(800℃以上)，这一温度与流化床气化炉的运行温度相似。有关的实验表明，把白云石直接加人流化床气化炉中对焦油有一定的控制效果，但并不能完全解决问题。这主要是由于气化炉中焦油与催化剂的接触并不充分(因为焦油的产生主要在加料口位置，但即使循环流化床，加料口以上的催化剂数量也不可能很多)。所以为了达到预期效果，气化和焦油裂解一般要求在两个分开的反应炉中进行，这就使实际应用出现下列难题。 a.气化炉出口气体的温度己降至600℃左右，为了使裂解炉的温度维持在800℃以上，必须外加热源或使燃气部分燃烧(一般燃烧份额为5%一10%)，这就使气化气体质量变差，而且显热损失增加。 b.不管裂解炉采用固定床还是流化炉，气化气体中灰分或炭粒都有可能引起裂解炉进口堵塞。所以裂解炉和气化炉之间需增加气固分离口装置，但不能使气体温度下降太多，这就使系统更加复杂。 C.由于焦油裂解需独立的装置，而且由于高温的要求，裂解装置要连续进行(否则效率太低)，这就使催化裂解技术只适于较大型的气化系统，限制了该技术和适用性。 所以应用焦油催化裂解的关键，就是针对不同的气化特点，设计不同的裂解炉，尽可能降低裂解炉的能耗并提高系统热效率。生物质能的主要利用形式包括哪些？生物质能的主要利用形式包括直接燃烧和发电、生物质裂解与干馏、生物质致密成型、生物质气化及发电、生物质热解液化、燃料乙醇、生物柴油 、能源作物。1、直接燃烧和发电：直接燃烧大致可分炉灶燃烧、锅炉燃烧、垃圾焚烧和致密成型燃料燃烧四种情况。我国小型生物质燃烧发电也已商业化，南方地区的许多糖厂利用甘蔗渣发电。广东、广西两地共有小型发电机组380台，总装机容量达800兆瓦，云南省也有一些此类电厂。2、生物柴油：目前我国生物柴油研究开发尚处于起步阶段。先后有上海内燃机研究所和贵州山地农机所、中国农业返改世工程研究设计院、辽宁省能源研究所、中国科技大学、河南科学院化学所、华东理工大学、云南师范大学农村能源工程重点实验室等单位都对生物柴油作了不同程度的研究，并取得可喜的成绩。3、生物质致密成型：致密成型燃料燃烧是把生物质固化成型后再采用传统的燃煤设备燃用，主要优点是将分散和疏松的生物燃料进行集中和加密，以便于储存和运输，使之成为便捷和清洁高效的能源。主要缺点是生产成本偏高。4、生物质气化及发电：我国已开发出多种固定床和流化床小型气化炉，以秸秆、木屑、稻壳、树枝等为原料生产燃气，热值为4～10兆焦／立方米。目前用于木材和农副产品烘干的有800多台，村镇级秸秆气化集中供气系统近600处。兆瓦级生物质气化发电系统已推广应用20多套。“十五”期间，按照国家高科技发展计划（863计划）已建成4兆瓦规模生物质气化发电的示范歼正工程。5、能源作物：能源作物种植是近期发展起来的新型产业，是随着生物质能开发与利用的不断深入和扩大逐步形成的。能源作物是指各种用以提供能源的植物，通常包括速生薪炭林、能榨油或产油的植物、可供厌氧发酵用的藻类和其它漏肢植物等。许多能源作物是自然生长的，收集比较困难。现在人们有意识地培育一些能源作物，经过嫁接、驯化、繁殖，不断提高产量，以满足对能源不断增长的需要。甜高粱就是一种很好的能源作物。 顶: 31821踩: 51