固体热载体外循环移动床生物质气化工艺研究

论文摘要

本论文构建了基于固体热载体加热模式的逆流外循环移动床催化气化反应体系。该系统由移动床热解反应器、移动床气化反应器和流化床燃烧反应器组成。燃烧器和热解器、燃烧器和气化器之间的气氛独立分开。催化剂作为热载体在三器间循环,将半焦和催化剂积炭燃烧释放的热量提供给气化、热解反应。在固体热载体循环过程中,热解器内生物质快速热解反应、气化器内热解焦油水蒸汽催化转化反应、燃烧器内热解半焦燃烧反应和催化剂烧碳再生反应依次发生。逆流外循环移动床气化工艺综合了生物质快速热解、焦油水蒸汽催化转化、热载体加热和催化剂再生无需切换连续进行等特点。由于气化所需热量是通过燃烧催化剂积炭和半焦实现的,这使得生物质中的氢最大限度地转化为目的产物氢气成为可能。本论文主要包括以下两部分内容：在前人试验研究的基础上,对原有的外循环移动床进行改造,并进行冷态和热态试验考察其运行稳定性,以保证实验的准确可靠性。试验测试结果表明：进行改造后的外循环移动床进料系统、固体循环系统和冷凝系统都能够较好运行;重复试验表明系统试验的可重复性和准确性。在实验室规模（1 Kg／h生物质）的固体热载体外循环逆流移动床（ECCMB）反应器上研究了生物质气化工艺,考察了生物质气化的工艺条件对产品气组成和焦油产量的影响。主要的工艺条件有：热载体种类、热解温度、原料粒度、水蒸气与生物质的比（S／B）和床层高度等因素。试验表明,热解器温度为650℃,气化器温度为800℃,S／B比为0.90-1.20g／g,气化器床层高度为150mm的条件下,可以得到氢气含量35%、焦油含量2.5-3.0g／Nm3的中热值产气。实验结果验证了ECCMB工艺的可行性,固体热载体外循环移动床的运行机制有利于提高系统效率和焦油转化。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 生物质与生物质能
• 1.3 生物质气化技术
• 1.3.1 生物质气化过程的主要反应
• 1.3.2 生物质气化技术的分类
• 1.3.3 生物质气化反应器
• 1.3.4 生物质气化过程中焦油的产生及去除
• 1.4 生物质催化气化制氢工艺研究现状
• 1.5 本课题研究的主要内容,目的与意义
• 2 ECCMB生物质催化气化制氢工艺与实验装置构建
• 2.1 ECCMB生物质催化气化制氢工艺
• 2.2 ECCMB气化实验装置
• 2.2.1 实验装置的主要设计指标
• 2.2.2 实验装置的结构
• 2.3 冷态实验考察
• 2.3.1 进料系统的考察
• 2.3.2 床料循环速率的测定
• 2.3.3 颗粒在提升管内的停留时间
• 2.3.4 颗粒在反应器内的停留时间
• 2.3.5 提升管压降
• 2.4 热态试验考察
• 2.4.1 系统温度的变化
• 2.4.2 系统重复性实验
• 2.4.3 催化剂在燃烧器中的再生
• 2.5 本章小结
• 3 ECCMB生物质催化气化制氢实验研究
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 实验原料
• 3.1.2 实验方法
• 3.1.3 产品分析
• 3.2 数据处理
• 3.2.1 产率的计算
• 3.2.2 评价气化过程的指标
• 3.3 实验结果与讨论
• 3.3.1 床料种类的影响
• 3.3.2 原料粒度的影响
• 3.3.3 热解温度的影响
• 3.3.4 S/B比的影响
• 3.3.5 床层高度的影响
• 3.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录A ECCMB工艺现场装置图
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢