208年第3期新疆農(nóng)機化農(nóng)村新能源生物質(zhì)氣化影響因素的分析車麗娜,王維新(石河子大學(xué)機電學(xué)院新疆石河子832000)摘要:闡述了生物質(zhì)氣化的原理及有關(guān)生物質(zhì)氣化技術(shù),分析了物料、氣化反應(yīng)器、氣化溫度和氣化劑對生物質(zhì)氣化特性的影響,指出了生物質(zhì)氣化技術(shù)中的關(guān)鍵問題關(guān)鍵詞:生物質(zhì)能;生物質(zhì)氣化;生物質(zhì)氣化技術(shù)中圖分類號:S21文獻標識碼:A3影響生物質(zhì)氣化的主要因素文章編號:1007-7782(2008)03-0041-033.1氣化溫度的影響生物質(zhì)能氣化技術(shù)在生物質(zhì)氣化過程中,氣化溫度是一個很重要的參數(shù)溫度的高低不但會影響產(chǎn)氣的速率,而且對生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化技術(shù)主要包括生物質(zhì)氣化、液化、物料反應(yīng)過程中的吸放熱等可逆反應(yīng)也一定的影固化以及直接燃燒技術(shù)等幾大類。作為能量轉(zhuǎn)化的響,從而最終影響到氣化產(chǎn)物分布、產(chǎn)品氣的組成主要手段之一,生物質(zhì)氣化技術(shù)將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為氣產(chǎn)氣率熱解氣熱值。宿鳳明等吧在100c0℃體燃料是目前生物質(zhì)能利用技術(shù)研究的熱門方向。300℃,400℃,500℃,600咒℃,700℃,800℃,900℃下干典型的氣化技術(shù)有以下3種:干餾工藝快速熱解工餾松樹鋸末和棉稈等得出隨著溫度的升高固體產(chǎn)藝、氣化工藝。其中前兩種工藝適用于木材或木屑的率下降,而氣體產(chǎn)率增加,液體產(chǎn)率在600-700℃達熱解;后一種適用于農(nóng)作物如玉米、棉花等秸稈的氣到最大值,說明在這一溫度有很強的裂解反應(yīng)發(fā)生化。生物質(zhì)氣化技術(shù)的一般工藝過程主要由四大系陳蔚萍等研究了在流態(tài)化狀態(tài)下不同生物質(zhì)原料統(tǒng)組成,分別為進料系統(tǒng)、氣化反應(yīng)器(氣化爐)氣的氣體產(chǎn)物產(chǎn)率成分隨反應(yīng)溫度的變化規(guī)律,得出化氣體凈化系統(tǒng)和氣化氣體處理系統(tǒng)如發(fā)電系統(tǒng)。隨著溫度的升高,生物質(zhì)熱解氣化產(chǎn)物的產(chǎn)率增加,2生物質(zhì)氣化的原理熱值降低;H2在氣體產(chǎn)物中的體積百分率增加,而生物質(zhì)氣化是指以固體生物質(zhì)(秸稈鋸末等)CO0和CmHn的含量則有所下降,這樣不利于產(chǎn)品為原料,以氧氣(空氣富氧或純氧、水蒸氣或氫氣氣熱值的提高,但有利于產(chǎn)氣率及碳轉(zhuǎn)化率的增加等作為氣化劑(或稱氣化介質(zhì))在高溫條件下通過CH和CO含量減小歸因于CH、CO和水生成CO2熱化學(xué)反應(yīng)將生物質(zhì)中可燃的部分轉(zhuǎn)化為可燃氣的和H,高溫提供了熱裂解和蒸汽氣化的適宜條件。過程。其原理如圖1所示。生物質(zhì)氣化時產(chǎn)生的氣趙俊成等研究了稻殼在管式熱解爐中氣化時溫度的體主要有COH2和CH等稱為生物質(zhì)氣體"影響,得出隨著溫度的升高,CO、CH4、O2的百分含量基本不變,CO2的百分含量明顯下降H2的百分含量HO, COCO,, H,, CH4, 0急劇上升;氣體的熱值也增加,但是增加的幅度越來大分子有機物H.CH越小,溫度到了700℃左右,再提高溫度沒有太大意(烴,芳香化合物)義;眾多學(xué)者的研究表明,隨著溫度的升高,產(chǎn)氣率增加,反應(yīng)速率增大,對產(chǎn)氣成分的組成則隨著實驗條件的不同而不同。在熱解的初始階段溫度增加氣無機物灰分體產(chǎn)率增加,歸因于揮發(fā)物的裂解。其次,焦油的裂2解也中國煤化工主物質(zhì)氣化過程中圖1生物質(zhì)氣化原理CNMH(生成小分子氣體如CmHn、UU、H2H4收稿日期:200805073.2氣化劑的影響41農(nóng)村新能源新疆農(nóng)機化2008年第3期目前生物質(zhì)氣化技術(shù)中采用的氣化劑主要有3表1不同物料在相同工況下的燃氣成分種:空氣氣化、富氧氣化和空氣-水蒸氣氣化。氣化氣化溫度500℃、O2流量為olmh例劑不同,氣化爐出口產(chǎn)生的氣體組分也不同。氧氣物料 CO CH H2Co2其它做氣化介質(zhì)時,CO的含量要明顯高過空氣做氣化果皮50758769.1142628介質(zhì)時CO的含量,這可能是由于參與燃燒的氧氣樹枝186126.1318524313244量增加,從而使得參與還原反應(yīng)CO2氣體濃度增從表1可以看出,果皮氣化生成的CO高達加,提高了CO的含量,同時也增加了CO2的含量;58.76%,而樹枝的僅為2613%;CO2的變化也很CHL氣體的含量有所下降,原因可能是由于部分與大;甲烷氣體也不盡相同,由于加入反應(yīng)的水非常過剩的O2發(fā)生燃燒反應(yīng),同時N2的加入稀釋了其少,可以認為甲烷生成主要是從熱解得到的;熱解過濃度,最后影響產(chǎn)氣熱值。氣化介質(zhì)為氧氣+水蒸氣程中生成的H2含量都比較高,而兩種物質(zhì)氣化反應(yīng)時,CO、CH4、H2三種氣體的含量要比氣化介質(zhì)為氧生成的H2的含量都少于5%這可能是由于生成的氣時對應(yīng)成分高很多,特別是H2的含量從831%H2與02反應(yīng)生成水分而蒸發(fā);從生成的可燃氣(僅提高2326%,CH從9.32%提高1668%,CO也從指CO、CH、H2)比例來看,果皮(72.13%)>樹枝3461%提高到4352%。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的主要原因(4896%),果皮的效果好于樹枝。是發(fā)生了生成水煤氣(粗煤氣)的反應(yīng):C+HO→34氣化反應(yīng)器的影響CO+H2(1),C+2H4O→CO2+2H2(2),同時一些碳氫生物質(zhì)氣化技術(shù)的核心是氣化設(shè)備(氣化爐)?；衔镆矔⑴c反應(yīng),如:C2H2+2H2O→2CO+3H2根據(jù)爐型的不同,大致可分為固定床氣化爐和流化(3)。這些反應(yīng)作用的共同結(jié)果使得產(chǎn)氣中可燃氣床氣化爐。固定床氣化爐適用于物料為塊狀及大顆成分如CO、CH、H2等含量增多,特別是H2的含量粒原料。它結(jié)構(gòu)簡單,制作方便,具有較高的熱效率,增加的效果最明顯,從而導(dǎo)致產(chǎn)氣熱值提高,這說明但內(nèi)部過程難以控制,內(nèi)部物料容易搭橋形成空腔水蒸氣是很重要的氣化介質(zhì)。通常水蒸氣包括了物且處理量小。流化床氣化爐適合含水分大、熱值低、料中的水分以及外部加入系統(tǒng)的水蒸氣,其作用是著火困難的細顆粒原料,原料適應(yīng)性廣,可大規(guī)模、除了可以提高碳的轉(zhuǎn)化率外,還可以有效地調(diào)節(jié)產(chǎn)高效率利用。流化床還具有氣固充分接觸、混合均勻氣組分,從而得出純氧-水蒸氣氣化有利于合成甲的優(yōu)點,是唯一的恒溫床上反應(yīng)的氣化爐,反應(yīng)溫度醇。空氣-水蒸氣氣化結(jié)合了空氣氣化設(shè)備簡單操般為700-850℃,其氣化反應(yīng)在床內(nèi)進行焦油也作維護簡便以及水蒸氣氣化氣中H2含量高的優(yōu)點,在床內(nèi)裂解。生物質(zhì)氣化過程中產(chǎn)生的可燃氣的特用較低的運行成本得到H2與CO含量高的氣體。此性受到氣化爐的形式與運行方式等因素的影響。不可燃氣熱值髙,運行和生產(chǎn)成本較低,適合于其他化同氣化設(shè)備可燃氣熱值的區(qū)別見表2。由表2可以學(xué)品的合成,是較理想的氣化介質(zhì)?？闯隽骰矚饣癄t的產(chǎn)氣熱值總體上高于固定床氣33氣化物料性質(zhì)的影響化爐。物料粒度大小、總表面積及其含水量等對于燃表2不同氣化設(shè)備可燃氣熱值料層中的氣化過程均具有很大的影響,物料粒徑越類型下吸式上吸式橫吸式鼓泡床循環(huán)床雙流床攜帶床小,其總表面積越大,熱交換和擴散過程就進行得越空氣△△△△激烈,使整個氣化過程進行得越激烈和越完全。并氧氣 oOO O C且物料粒徑小,其熱阻力也小,氣化爐內(nèi)的溫度分布水蒸汽也就越均勻,氣化結(jié)果好。水分的影響主要體現(xiàn)在△為低熱值氣體;O為中熱值氣體兩個方面:一方面蒸發(fā)需要消耗氣化過程中燃燒反35壓力的影響應(yīng)所放出的熱量;另一方面,由于水是一種氣化劑,Encinar等在研究草本植物的水蒸氣氣化時能與C發(fā)生水煤氣反應(yīng)生成H和CO2進而提高氣溫度V凵中國煤化工體的產(chǎn)率和轉(zhuǎn)化氣的質(zhì)量?；蔆NMHG在水蒸氣氣化過程中,水氣遷移反應(yīng)是主要反厘控制著氣體的2008年第3期新疆農(nóng)機化·農(nóng)村新能源產(chǎn)生,也是氫氣的主要來源。壓力增高氫氣的產(chǎn)率提高;而且與氧氣作氣化劑相比,H2含量提高的更也增高。所以,在水蒸氣氣化時,可以通過調(diào)節(jié)水蒸多,這是由于發(fā)生了粗煤氣反應(yīng)的結(jié)果。氣的壓力來調(diào)節(jié)氫氣的產(chǎn)率,亦適應(yīng)不同的需要。(3)通常情況下,物料粒徑越小,其總表面積和Pasban n等四在一空氣鼓泡加壓流化床中氣化木質(zhì)含有的水分越大,熱交換和擴散過程就進行得越激生物質(zhì),壓力在5063-2065kPa,得出壓力增大,烈使整個氣化過程進行得越激烈和越完全,生成的脫揮發(fā)分的速度減慢而加強了裂解反應(yīng),產(chǎn)生的焦可燃氣也就越多。油量和氣相濃度都減小。操作壓力提高,一方面能(4)在一定的情況下流化床生物質(zhì)氣化爐比固提高生產(chǎn)能力,另一方面能減少帶出物損失。從結(jié)定床生物質(zhì)氣化爐產(chǎn)生的可燃性氣體熱值較高構(gòu)上看,在具有同樣的生產(chǎn)能力時,壓力提高,氣化(5)氣化反應(yīng)器內(nèi)壓力增加,生物質(zhì)氣化的產(chǎn)爐容積可以減小,后續(xù)工段的設(shè)備也可減小尺寸,而率增加,有利于生成可燃性氣體。且凈化效果好。所以流化床目前都從常壓向高壓方向發(fā)展,但壓力的增加也增加了對設(shè)備及其維護的◆考文獻:要求[姚向君,田宜水生物質(zhì)能資源清潔轉(zhuǎn)化利用技術(shù)圍M,化學(xué)工業(yè)出版社,2004結(jié)論2]宿鳳明,孫紹增等生物質(zhì)空氣氣化機理和燃氣品質(zhì)影響(1)氣化溫度的提高使得碳的轉(zhuǎn)化率提高,氣因素研究哈爾演濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報20031:18981902化反應(yīng)速度加快,氣化過程得到強化;反應(yīng)溫度提陳蔚萍陳迎偉等生物質(zhì)氣化工藝技術(shù)應(yīng)用與進展,河南大學(xué)學(xué)報,2007,37(1):35-41高,使得生物質(zhì)熱解氣化產(chǎn)物的產(chǎn)率增加,熱值降4]李延吉李潤東等.生物質(zhì)氣化特性的實驗研究門,電站低,H2的含量有所增加,而CH4的含量有所降低,原系統(tǒng)工程,2007,23(6):12-15因是CH4CO和水生成CO2和H2;同時溫度升高促魏敦崧,李芳芹等生物質(zhì)固定床氣化試驗研究,同濟進焦油的裂解,生成小分子可燃性氣體。大學(xué)學(xué)報,2006,34(2):256-259(2)空氣作氣化劑時,產(chǎn)氣中可燃氣的含量普6 Encinar J M, Gonzalez, Gonzalez JSteam gasification of遍低,原因是N2的加入稀釋了可燃氣的濃度;與空Cynara cardunculus L influence of variables [). Fuel Processing Technology, 2002, 75: 27-43氣相比使用氧氣作氣化劑,可明顯提高產(chǎn)氣質(zhì)量,但[7] Panban N, Wang W Y, Ye Z C Tar formation in pressurizedCO2的濃度也會增大;實驗系統(tǒng)中加人水蒸氣后,fluidized bed air gasification ofwoody biomass (J). Energy&FuCO、CH4、H2的含量明顯增加,熱值也相應(yīng)有很大的els2000,14(3):603-6l1+““““““““““““““(上接第38頁)(3)對棉花纖維品質(zhì)的關(guān)系:脫葉處理多數(shù)可從1958-1972年在7個單位使用效果看氯酸提高衣分率0.3%-1.45%,提高纖維的細度(公支鎂有良好的脫葉效果,對棉花纖維品質(zhì)沒有顯著影數(shù)),從而提高紡紗價值。纖維長度略有減少,減少響,仍符合紡織工業(yè)要求也不影響收購價格。其中0.23-1.68cm,基本上不影響等級。其他物理性能可在二十團、車排子第二農(nóng)場的數(shù)據(jù)都是從大面積整維持一般手工采棉水平滿足紡織工業(yè)要求塊條田的棉田上取得的,有代表性(4)對棉籽品質(zhì)的關(guān)系:噴藥脫葉對棉籽千粒(1)脫葉效果:噴藥后到第15天脫葉率可達重有些影響。減輕多少與噴藥時間及棉鈴著生部位85%~99%,比對照未噴藥的提高53%-62%有關(guān),一般減輕2-647g脫葉噴藥對棉籽發(fā)芽率也催熟效果:使霜前花達到83%-97%,比對照的有些影響。又據(jù)國外中亞棉區(qū)生產(chǎn)經(jīng)驗,各種脫葉劑增加89%-37.27%。在平均每株棉花吐絮1-2個棉鈴時噴藥脫葉的,會(2)對產(chǎn)量的影響:只噴藥脫葉,在正常棉田不減中國煤化工9%),而在吐絮2會減產(chǎn)。噴藥催熟后對產(chǎn)量有些影響,但減產(chǎn)的主3個CNMHG均不大于2-5g要是占比例很小、價值低的霜后花和桃子花而占絕對含油率無明顯影響在正確噴藥脫葉時,還可促進大部分的優(yōu)質(zhì)、價值高的霜前花產(chǎn)量卻普遍提高。棉籽后熟提高發(fā)芽率。