第五章--生物质气化技术PPT资料.pptx
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燃烧过程中提供充足的氧气，燃烧后的产物是CO2和水等不可再燃烧的烟气，放出大量的反应热。
即燃烧主要是将原料的化学能转变为热能；
生物质气化：
生物质气化时发生不完全反应，总体上是吸热反应，气化产物可进一步燃烧。
2生物质气化的反应过程,干燥层100250,热解层300500800,还原层900,氧化层1200,湿料,气体,灰,空气,以上吸式固定床气化炉为例。
生物质从上部加入，依次进入干燥层、热解层、还原层、氧化层，最终以灰分形式排出。
而气化剂从底部吹入，与生物质物料走向相反。
反应炉工艺结构设计的重要原则：
合理的温度分布,2生物质气化的反应过程,基本反应包括：
固化燃料的干燥热分解反应还原反应氧化反应四个过程，相应的炉内分为：
干燥区、热分解区、还原区、氧化区四个区（层）,生物质气化机理示意,2生物质气化的反应过程,2.1固体燃料的干燥,2.1.1干燥过程特点：
生物质原料被加热，析出吸附在生物质表面的水分。
在100150主要为干燥阶段，大部分水分在低于105条件下释出，此阶段过程进行比较缓慢。
需要供给大量的热。
原料表面水分完全脱除之前，被加热的生物是温度是不上升的。
2生物质气化的反应过程,气化炉的最上层为干燥区。
生物质的干燥,气体,高温气流,干燥层,100250,氧化层燃烧,干燥区温度约为100250。
湿料同来自下面三个反应区的热气体换热，蒸发水蒸气随着热气流上升排出气化炉，干物料落入裂解区。
2生物质气化的反应过程,秸秆受热后发生裂解反应，大部分的挥发分从固体中分离出去。
裂解需要大量热量，温度降到400600。
裂解反应方程式为：
CH1.4O0.6=0.64C+0.44H2+0.15H2O+0.17CO+0.13CO2+0.005CH4,裂解区主要产物：
C、H2、H2O、CO、CO2、CH4、焦油和烃类等。
此后热气体上升到干燥区，而炭则下降到还原区。
2.2热分解反应,2生物质气化的反应过程,当温度达到160以上，高分子有机物开始发生吸热的不可逆热分解反应，随着温度进一步升高，分解进行愈加激烈。
生物质中含有较多氧。
当温度升高到一定程度后，氧将参加反应而使温度迅速提高，从而加速完成热分解。
生物质中的化学变化：
大分子的碳水化合物的链被打破析出生物质中的挥发分留下木炭构成进一步反应的床层。
热分解反应产物：
复杂的混合气体和固态炭。
混合气体中至少包括数百种碳氢化合物，有些可在常温下冷凝成焦油，不可凝气体可作为气体燃料使用，热值可达15MJ/m3。
2.2.1热分解反应的特点,2生物质气化的反应过程,2.2.1热分解反应主要影响因素,原料种类和加热条件是生物质热分解过程中的主要影响因素。
原料种类的影响：
生物质中挥发组分高，在较低的温度下（300400）就可释放出70%左右的挥发组分，而煤到800才释放出约30%的挥发组分。
温度的影响：
热分解速率随着温度的升高而加快，完成热分解反应所需时间随着温度升高呈线性下降。
试验显示，当温度为600时，完成时间约27s；
而温度达900时只需9s左右。
足够的气相滞留期和较高的温度则会使二次反应在很大程度上发生，从而使最终的不可凝气体产量随着温度的升高而增加。
2生物质气化的反应过程,2.3还原反应,在还原区已没有O2存在，氧化反应中生成的CO2在该区同碳及水蒸汽发生还原反应，生成CO和H2。
由于还原反应是吸热反应，还原区的温度也相应降低，约为700900。
CO2还原的反应C+CO22CO；
H-162.142KJ/mol是强烈的吸热反应，故温度愈高，CO2还原愈彻底。
正向反应体积增加，故压力增大使CO平衡含量减少。
CO2在氧化器内与燃料的接触时间也影响其还原反应的彻底程度，高温下所需时间短。
2生物质气化的反应过程,水蒸汽还原的反应CH2O（g）COH2；
H-118.628KJ/molC2H2O（g）CO22H2；
H-75.114KJ/mol吸热反应，温度增加有利于反应进行。
温度较低不利于CO的生成，而有利于CO2的生成。
温度高于800时，水蒸汽与碳的反应速率才有明显增加；
温度低于700时，水蒸汽与碳的反应速率极为缓慢，400以下几乎不反应。
甲烷生成反应生物质气化可燃气中的甲烷，一部分来源于生物质热分解和挥发分的二次裂解，另一部分来源于气化器中碳与可燃气中氢的反应、与气体产物的反应。
C2H2CH4；
H752.400KJ/molCO3H2CH4+H2O（g）；
H203.566KJ/molCO4H2CH4+2H2O（g）；
H827.514KJ/mol上述都是体积缩小的放热反应。
常压下甲烷生成反应速率很低，高压有利于反应进行。
2生物质气化的反应过程,2生物质气化的反应过程,甲烷生成反应C2H2O（g）CH4+CO2；
H677.286KJ/mol是强烈的放热反应。
甲烷是稳定的化合物，但当温度高于600时甲烷将向分解方向进行，碳以碳黑的形式析出。
甲烷的平衡含量随着温度的升高而减少。
生物质气化反应总体是体积增大的反应。
为增加产气中甲烷含量，宜采用较高气化压力和较低温度；
反之，若想制取反应原料气，应降低甲烷含量，则可采用较低的气化压力和较高的反应温度。
2生物质气化的反应过程,CO变换反应COH2O（g）H2+CO2；
H-43.514KJ/mol该式是制取以H2为主要成分的气体燃料的重要反应。
也提供甲烷化反应所需的H2。
当温度高于850时，此反应的正反应速度高于逆反应，有利于生成H2，通常要求反应温度高于900。
该反应通常在气化器燃气出口温度下反应达到平衡，故决定了出口燃气的组成。
2生物质气化的反应过程,2.4氧化反应,由于碳与二氧化碳、水蒸汽之间的还原反应及物料的热分解都是吸热反应，为保持气化器内高温，通常采用经气化残留的碳与气化剂中的氧进行部分燃烧，并放出热量。
由于限氧燃烧，氧化反应包括完全燃烧和不完全燃烧，同时放出热量。
氧化区温度可达10001200。
2CO22CO；
H246.034KJ/molCO2CO2；
H408.177KJ/mol,2生物质气化的反应过程,气体产物中总是掺杂有燃料的干馏裂解产物，如焦油、醋酸、低温干馏气体、炭黑。
气化反应主要场所,氧化区,还原区,气化区,干燥区,裂解区,干馏反应的主要场所,燃料准备区,热载体,气化过程要点,3气化过程的几个基本参数,
（1）比消耗量；
（2）气体产率；
（3）气化效率；
（4）热效率；
（5）燃气质量（6）碳转换率；
（7）气化强度（8）气化炉输出功率,在评价生物质气化过程时，经常用到下列指标：
比消耗量指气化系统中，单位生物质在气化过程所消耗的气化剂（空气、氧气、水蒸汽、CO2等）量。
为对比各种气化方法，也以制造1m3（标准状态）可燃气或纯CO+H2为基准。
是生物质气化站设计的一项重要技术经济指标。
3气化过程的几个基本参数,
（1）比消耗量,3气化过程的几个基本参数,比消耗量相关因素：
与生物质种类有关。
随着生物质原料中固定碳含量的增加而增大；
与气化方法和操作条件有关。
若空气气化时比消耗大，说明气化过程消耗的氧量多，反应温度升高，有利于气化反应的进行；
但燃烧的生物质份额增加，产生的CO2量增加，使气体质量下降。
水蒸汽气化时，通入的蒸汽量要能满足气化反应需要，还须够用来冷却氧化层，以控制气化反应温度低于灰分的熔点。
蒸汽量由鼓风温度控制，它是鼓风温度下的饱和水蒸汽含量。
3气化过程的几个基本参数,当量比：
采用空气（氧气）气化时比消耗量与完全燃烧所需要的理论空气（氧气）量之比。
是气化过程的重要控制参数。
理论最佳当量比为0.28，由于原料与气化方式的不同，实际运行中，控制的最佳当量比在0.250.30之间。
为宜。
此时燃气成分较好。
原料水分大或挥发分低时应取上限，反之取下限。
必要时应实验确定适宜的当量比。
生物质完全燃烧理论空气量可根据元素分析计算：
V为理论空气量（m3/kg）；
C为C元素含量%,实际空气需要量：
VL=V,
（2）气体产率气体产率是指单位质量的原料气化后所产生气体燃料在标准状态下的体积。
相关因素：
3气化过程的几个基本参数,与生物质种类有关决定于原料中的水分、灰分及挥发分惰性组分（灰分、水分）越少、可燃组分越高，则气体产率越高。
气化效率指生物质气化后所得燃气热值与气化原料的热值之比。
是衡量气化过程的主要指标。
式中:
气化效率，%；
Gv为每千克原料产出的燃气量（标准状态），（m3/kg），一般为2.02.2；
Qg为燃气（标准状态）低位热值，kJ/m3；
Qb为原料低位热值，kJ/kg。
国家行业标准规定70%。
国内固定床气化炉通常为70%75%；
流化床气化炉可达78%。
3气化过程的几个基本参数,（3）气化效率,3气化过程的几个基本参数,（4）热效率,热效率为生成物的总热量与总耗热量之比。
（5）燃气质量（燃气的组成和热值）,气体燃料的组成通常用容积百分率或分压百分率表示。
其中CO、H2、CH4、C2H4等为有效组分，N2为惰性组分，CO2、H2S等为杂质。
气体热值是指单位体积气体燃料所包含的化学能。
气体燃料低位热值简化计算公式为:
Qg=126CO+108H2+359CH4+665CnHm式中：
Qg为气体的低位热值，KJ/m3（标准状态）；
CO、H2、CH4、CnHm分别为相应气体在气化气中所占的体积分数，%。
3气化过程的几个基本参数,碳转换率是指生物质燃料中的转换为气体燃料中的碳的份额，即气体中含碳量与原料中含碳量之比。
是衡量气化效果的指标之一。
式中：
c碳转换率，%；
Gv为气体产率（标准状态），m3/kg；
CO2、CO、CH4、CnHm分别为相应气体在气化气中所占的体积分数，%；
WCHxOy生物质原料的特征分子量。
（6）碳转化率,3气化过程的几个基本参数,（7）气化强度,（8）气化炉输出功率,输出功率定义为单位时间产出的（燃气）热能。
等于燃气产率与其热值之积。
一般而言下流式固定床气化炉功率较小，其次为上流式固定床，流化床气化炉功率较大。
4气化效果的影响因素,1）原料性质原料水分、挥发性、灰分、C/H比、密度、物料形态等。
2）反应温度：
最重要的影响因素温度对燃气成分影响很大，一般而言温度升高时，“CO2降低”，其他成
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