生物質(zhì)氣化總結(jié).ppt

1,生物質(zhì)氣化,主要內(nèi)容,生物質(zhì)氣化基本原理,生物質(zhì)氣化反應(yīng)動(dòng)力學(xué),生物質(zhì)氣化設(shè)備和工作原理,生物質(zhì)氣化指標(biāo)及影響因素,生物質(zhì)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(chǎn)物為干物料和水蒸氣 水蒸氣隨著下面三個(gè)反應(yīng)區(qū)的產(chǎn)熱排除氣化爐 干物料進(jìn)入裂解區(qū) 2.熱分解區(qū)（裂解區(qū)） 溫度大約為300600 產(chǎn)物為炭、H2、水蒸氣、CO、CO2、CH4、焦油及其他烴類(lèi)物質(zhì) 熱氣體上升進(jìn)入干燥區(qū) 炭進(jìn)入還原區(qū),生物質(zhì)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(chǎn)物為CO、CO2、 H2 熱氣體上升進(jìn)入裂解區(qū) 未反應(yīng)炭進(jìn)入氧化區(qū) 4.氧化區(qū)（放熱） 溫度大約為10001200 產(chǎn)物為CO、CO2 熱氣體上升進(jìn)入還原區(qū) 灰進(jìn)入灰室,生物質(zhì)氣化反應(yīng)動(dòng)力學(xué),生物質(zhì)氣化動(dòng)力學(xué)包括熱分解過(guò)程機(jī)理及動(dòng)力學(xué)表達(dá)式，還原過(guò)程中的主要化學(xué)反應(yīng)及過(guò)程速率，焦炭的燃燒過(guò)程及其二次反應(yīng)過(guò)程速率。,分解過(guò)程機(jī)理及動(dòng)力學(xué)表達(dá)式 低溫時(shí)（低于250）的主要產(chǎn)物是CO2、CO、H2O及焦炭；溫度升高至400以上時(shí)，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(shí)間時(shí)，出現(xiàn)二次反應(yīng)，即焦油裂解為氫、輕烴及炭等產(chǎn)物。,生物質(zhì)氣化反應(yīng)動(dòng)力學(xué),還原過(guò)程中主要化學(xué)反應(yīng)及過(guò)程速率 下面反應(yīng)是可逆的，增加溫度、降低壓力促進(jìn)反應(yīng)進(jìn)行。溫度低于700時(shí)，反應(yīng)有利于CO2的生成，并且水蒸氣與碳的反應(yīng)速率極為緩慢。溫度從800開(kāi)始升高時(shí)，水蒸氣與碳的反應(yīng)明顯增加。,其中水蒸氣與碳的反應(yīng)速率與溫度的關(guān)系式：,生物質(zhì)氣化反應(yīng)動(dòng)力學(xué),焦炭的燃燒過(guò)程及其二次反應(yīng)過(guò)程速率 生物質(zhì)炭的燃燒速率受燃燒溫度控制，基本呈現(xiàn)對(duì)數(shù)曲線增長(zhǎng)。又受氧通過(guò)灰層的擴(kuò)散速率控制，細(xì)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(duì)數(shù)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(guān)系。 二次反應(yīng)包括裂解、重整、水蒸氣與一氧化碳的變換反應(yīng)、二氧化碳與碳及碳與水蒸氣的還原反應(yīng)等。溫度與停留時(shí)間是決定二次反應(yīng)程度的主要因素。,1）固定床 上吸式氣化爐,優(yōu)點(diǎn)是： 燃?xì)庠诮?jīng)過(guò)熱分解層和干燥層時(shí)，將熱量傳遞給物料，用于物料的熱分解和干燥，同時(shí)降低其自身的溫度，使?fàn)t子熱效率大大提高； 熱分解層和干燥層對(duì)燃?xì)庥幸欢ǖ倪^(guò)濾作用，所以出爐的燃?xì)庵兄缓猩倭炕曳?；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工制造容易，爐內(nèi)阻力小。,缺點(diǎn)是： 原料中水分不能參加反應(yīng)，減少了燃?xì)庵蠬和碳?xì)浠衔锏暮浚瑲怏w與固體逆向流動(dòng)時(shí)，物料中的水分隨產(chǎn)品氣體帶出爐外，降低了氣體的實(shí)際熱值，增加了排煙熱損失； 熱氣體從底部上升時(shí)，溫度沿著反應(yīng)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(jìn)行熱分解，導(dǎo)致焦油含量高。,生物質(zhì)氣化設(shè)備和工作原理, 下吸式氣化爐 優(yōu)點(diǎn)是： 氣化強(qiáng)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(chǎn)物都要經(jīng)過(guò)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(diǎn)是： 出爐的可燃?xì)庵泻械幕曳州^多； 出爐的可燃?xì)獾臏囟容^高，須用水進(jìn)行冷卻。,生物質(zhì)氣化設(shè)備和工作原理, 橫吸式氣化爐 生物質(zhì)原料由爐頂加入，灰分落入爐柵下部的灰室。氣化劑由側(cè)面進(jìn)入，產(chǎn)出的氣體也由側(cè)面流出，氣流橫向通過(guò)氣化區(qū)，在氧化區(qū)、還原區(qū)進(jìn)行的熱化學(xué)反應(yīng)與下吸式氣化爐相同，只不過(guò)反應(yīng)溫度較高，燃燒區(qū)溫度甚至?xí)^(guò)灰熔點(diǎn)，容易造成結(jié)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(yīng)物料中常摻有精選過(guò)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(nèi)呈“沸騰”燃燒狀態(tài)，氣化反應(yīng)速度快，生產(chǎn)能力大，氣化效率高。,生物質(zhì)氣化設(shè)備和工作原理,主要缺點(diǎn) 產(chǎn)氣中灰分需要很好地凈化處理和部件磨損嚴(yán)重。,生物質(zhì)氣化設(shè)備和工作原理,以外循環(huán)流化床氣化爐為例： 主要優(yōu)點(diǎn) 氣化反應(yīng)在床內(nèi)進(jìn)行，焦油也在床內(nèi)裂解，氣固分離以后的炭不斷循環(huán)回反應(yīng)爐內(nèi)。使炭有足夠的時(shí)間在床內(nèi)停留，以適應(yīng)還原反應(yīng)速度慢的需要。適合水分含量大、熱值低、著火困難的生物質(zhì)物料。,1.比消耗量。定義：氣化1kg生物質(zhì)所消耗氣化劑(如空氣、水蒸氣、氧氣)的量。 2.產(chǎn)品氣產(chǎn)率。氣化1kg原料所得到的氣體燃料在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積稱(chēng)為產(chǎn)品氣產(chǎn)率。 3.碳轉(zhuǎn)化率。碳轉(zhuǎn)化率是指生物質(zhì)燃料中的碳轉(zhuǎn)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(chǎn)率，m3/kg,燃?xì)庵械捏w積百分比,原料中碳的含量，%,生物質(zhì)氣化指標(biāo)及影響因素,4. 氣化效率。生物質(zhì)氣化后生成的產(chǎn)品氣總熱量與氣化原料總熱量之比，稱(chēng)為氣化效率，它是衡量氣化過(guò)程的主要指標(biāo)。,5. 氣化強(qiáng)度。單位時(shí)間內(nèi)，氣化反應(yīng)器單位橫截面上所能 氣化的原料量稱(chēng)為氣化強(qiáng)度，單位通常為kg(m2h)。,氣化指標(biāo)的影響因素,復(fù)雜的熱化學(xué)過(guò)程，受很多因素的影響。 影響氣化指標(biāo)的因素取決于3個(gè)方面，即原料特性、氣化過(guò)程的操作條件和氣化反應(yīng)器的構(gòu)造。,生物質(zhì)氣化指標(biāo)及影響因素,(1)生物質(zhì)特性 原料特性不但影響氣化指標(biāo)而日也決定氣化方法的選擇。生物質(zhì)作為氣化原料比煤作為氣化原料有突出的優(yōu)點(diǎn)。 1)揮發(fā)分高、固定族低。生物質(zhì)特別是秸稈類(lèi)生物質(zhì)，固定碳在20左右，而揮發(fā)分則高達(dá)70左右。在較低溫度下，約400度就可全部揮發(fā)出來(lái)。 2)生物質(zhì)碳反應(yīng)性高。生物質(zhì)碳在較低溫度下，以較快的速度與CO2及水蒸氣進(jìn)行氣化反應(yīng)。 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(méi)有反應(yīng)。 3)生物質(zhì)灰分少。生物質(zhì)灰分一般少于3(稻殼等除外)。 4)含硫量低。生物質(zhì)臺(tái)硫量一般少于02，不需要?dú)怏w脫硫裝置，降低了成本，又有利于環(huán)境保護(hù)。,生物質(zhì)氣化指標(biāo)及影響因素,(2)原料的結(jié)渣性。 反應(yīng)性好的原料，可以在較低溫度下操作氣化過(guò)程不易結(jié)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(yīng)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(yīng)性加強(qiáng)，反應(yīng)時(shí)間減少1/2。,生物質(zhì)氣化指標(biāo)及影響因素,(3)氣化條件。 反應(yīng)溫度、反應(yīng)壓力、物料特性、氣化設(shè)備結(jié)構(gòu)等也是影響氣化過(guò)程中的主要因素，不同的氣化條件，氣化產(chǎn)物成分的變化很大。,生物質(zhì)氣化指標(biāo)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(diǎn)： （1）流化床氣化爐斷面小，氣化效率和氣化強(qiáng)度較高。 （2）流化床氣化對(duì)灰分要求不高，可以使用粒度很小的原料。 （3）流