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随着化石燃料的日益减少以及在利用过程中对环境造成的巨大破坏,生物质能的资源化利用受到越来越多的重视。其中生物质气化工艺是一种非常重要的生物质热化学转化工艺,正在接受越来越多的关注。但目前生物质气化存在一些阻碍生物质气化技术大规模应用的难题,如生物质燃气热值偏低、焦油含量偏高等。因此,本文提出了生物质流化床两步气化工艺。 生物质流化床两步气化工艺将生物质燃气的生产过程分为相互耦合的燃烧和气化两个阶段,气化阶段所需的热量由燃烧阶段提供。煤的含碳量和灰熔点较高,燃烧时易在流化床反应器底部形成高温炭层,故能加速生物质燃气中的焦油裂解,使焦油的含量降低;燃烧和气化阶段分开进行,那么燃气不会被N2稀释,能获得中热值燃气。 本文建立了上述所述的生物质流化床两步气化热态实验研究装置,以水蒸气为气化介质,首先探讨了操作参数对气化特性的影响。结果表明:生物质流化床两步气化工艺可长时间平稳、安全和可靠的运行,能稳定获得富含H2和CO的中热值燃气,适合木屑,稻壳等多种生物质气化。生物质燃气组分中H2和CO的含量随温度的升高而增加,组分H2含量的最大值对应的生物质是木屑,而CO含量的最大值对应的生物质则是稻壳;水蒸气与生物质质量比(S/B)也是影响燃气低位热值和组分含量的重要参数。高的S/B值有利于燃气低位热值、组分H2和CH4含量的增加,但高的S/B值(>1.59)是不利于合成气含量的增加的。 在热态实验研究基础上,对流化床气化反应器进行了火用和能量的分析,从(火用)和能量的角度探讨操作参数对气化特性的影响。研究发现:同一条件下,木屑和稻壳相比,木屑具有较高的合成气(火用)值、燃气(火用)值、合成气能量值以及燃气能量值;生物质燃气的主要组分对燃气(火用)值的贡献的顺序是H2>CO>CH4>CO2,组分H2、 CH4和CO的化学(火用)值均高于它们相应的物理(火用)值,但组分CO2的化学(火用)值低于它相应的物理(火用)值;合成气及燃气的物理(火用)值、化学(火用)值以及总的(火用)值和能量值均随温度和S/B的增加而增加。生物质燃气及合成气的(火用)效率小于相应的能量效率。燃气的(火用)效率及能量效率随温度和S/B的增加而增加;合成气的(火用)效率及能量效率随温度的升高也增加,但随S/B的增加,它们的值变化很小。 本文所研究的生物质两步气化工艺较简单和运行成本较低,但能获得具有较高品质的生物质燃气。此外,为进一步利用生物质燃气合成二甲醚、甲醇以及制取H2等化学品创造了条件。因此,对此工艺的开发具有一定的学术和实用价值。