生物气化.ppt

1、第四章第四章 生物质能和生物制氢生物质能和生物制氢第一节第一节 生物质气化技术生物质气化技术(glucose polymer)(glucose polymer)(glucose polymer)(xylose/arabinosexylose/arabinosexylose/arabinose polymer)polymer)polymer)木木质质素素纤维纤维素素半半纤维纤维素素生物生物质的主要成分的主要成分Feedstock原料原料Cellulose纤维纤维素素Hemi-cellulose半半纤维纤维素素Lignin木木质质素素Other其他其他Agricultural Waste农业废弃物

2、38321713Forestry Waste林业废弃物5023225Municipal Waste含纤维素垃圾4591036Energy Crop能源作物45301510Cellulose FiberHemicelluloseLigninPectinOther polysaccharides纤维素呈素呈结晶状晶状拧合成合成纤维束束半半纤维素和其他多聚糖素和其他多聚糖缠绕着着纤维束束木木质素像胶水一素像胶水一样覆盖和凝合着各种物覆盖和凝合着各种物质水解水解酶酶或其他化学物或其他化学物质很很难渗透到渗透到纤维素表面素表面纤维束束半半纤维素素木木质素素果胶果胶质其他多聚糖其他多聚糖 生物生物质原料的

3、原料的结构构1.1 生物质气化定义生物质气化定义气态或液体生物质转化为气体燃料的热化学过程。在此过程中，流离氧或结合氧与燃料中的碳进行热化学反应生成可燃气体。生物质特点：属于可再生能源，可保证能源的永续利用；种类多而分布广，便于就地利用，利用形式多样；相关技术已经成熟，可贮存性好；节能、环保效果好。生物质气化历史生物质气化历史1839年世界上第一台上吸式气炉问世20世纪30-40年代（二战期间），用于内燃机的小型气化装置得到广泛使用20世纪70年代，受石油危机影响，有了新的发展1.2 生物质气化的特点生物质气化的特点与煤不同，生物质原料主要成分为：木质素、纤维素、半纤维素。气化温度比煤低气化产

4、物与煤的也不同：N2含量高，主要成分为CO、H2，少量的甲烷，基本不含其它烃类。所以热值低 生物质气化的化学反应生物质气化的化学反应复杂的反应：相态：固、液、气类型：裂解、部分氧化、蒸汽气化、水煤气转化、甲烷化，等纤维素气化的基本反应和反应热常见生物质工业成分分析可见：生物质的挥发份含量一般在7686生物质气化的化学反应生物质气化的化学反应生物质气化介质一般为这四种：空气、氧气、水蒸气和氢气但使用氧气和氢气的成本过高使用水蒸气的能耗过高虽然空气气化的热值低，但运用最广也有不使用介质的裂解气化1.3 生物质气化过程生物质气化过程气化和热解途径气化过程：干燥、热解、氧化、还原和除焦去杂生物质气化过

5、程生物质气化过程干燥过程干燥过程生物质进入气化炉后，在热量的作用下，析出表面水分。在200300时为主要干燥阶段。热解过程当温度升高到300以上时开始进行热解反应。在300-400时，生物质就可以释放出70左右的挥发组份，而煤要到800才能释放出大约30的挥发份。热解反应析出挥发份主要包括水蒸气、氢气、一氧化碳、甲烷、焦油及其他碳氢化合物。还原反应还原反应还原过程没有氧气存在，氧化层中的燃烧产物及水蒸汽与还原层中木炭发生反应，生成氢气和一氧化碳等。这些气体和挥发份组成了可燃气体，完成了固体生物质向气体燃料的转化过程。氧化反应氧化反应热解的剩余木炭与引入的空气发生反应，同时释放大量的热以支持生物

6、干燥、热解和后续的还原反应，温度可达到10001200。1.4 生物质气化催化剂生物质气化催化剂催化剂功能催化剂功能消除焦油甲烷的重整催化剂要求催化剂要求不易失活能够再生有一定强度价格比较便宜常用催化剂常用催化剂天然矿石类催化剂天然矿石类催化剂石灰石；白云石白云石和石灰石经800以上高温煅烧后会发生分解释放出CO2而形成CaO和MgO或者CaO-MgO，其能够降低热解气化气中的焦油活化能，同时还对裂解后的碳氢化合物与H20和CO2发生重整反应有促进作用。缺点：本身强度太低，在流化床反应器中易破碎，其活性随反应进行下降很快碱金属类催化剂碱金属类催化剂碱金属碳酸盐；碱金属氯化物；碱金属氧化物能促进

7、焦炭和气体产物生成，阻碍焦油产生。碱金属含量越高，催化作用越强。缺点：颗粒的团聚和积炭所导致的失活。镍基催化剂镍基催化剂由金属镍、助剂和载体构成，镍基催化剂使用时不能直接与生物质混合，而是要以一定形式固定在气化炉中催化高温产气进行二次反应，其工艺较前两种催化剂使用工艺复杂。在高温条件下，镍基催化剂对焦油裂解和甲烷转化制备合成气活性很高。复合催化剂复合催化剂复合型的催化剂考虑到金属催化剂之间协同作用，同时又集中不同类型催化剂的优点，因此也成为催化气化研究的一个重要方向。气化床分类上流式固定床下流式固定床流化床分类标准不一：也有叫横流式固定床的，流化床也有分为鼓泡式、循环式、双流化床式等等。气化原

8、理气化原理以上流式为例1.干燥区 温度大约为100250 产物为干物料和水蒸气 水蒸气随着下面三个反应区的产热排除气化炉 干物料进入裂解区2.热分解区（裂解区）温度大约为300600 产物为炭、H2、水蒸气、CO、CO2、CH4、焦油及其他烃类物质 热气体上升进入干燥区 炭进入还原区3.还原区（吸热）温度大约为700900 产物为CO、CO2、H2 热气体上升进入裂解区 未反应炭进入氧化区4.氧化区（放热）温度大约为10001200 产物为CO、CO2 热气体上升进入还原区 灰进入灰室1.5 生物质气化反应器生物质气化反应器气化炉分类气化炉是生物质气化反应的主要设备！固定床流化床旋转床国内主要使用类型流化床流化床燃烧技术是一种先进的燃烧技术。流化床气化炉的温度一般在750800。这种气化炉适用于气化水分含量大、热值低、着火困难的生物质物料，但是原料要求相当小的粒度，可大规模、高效的利用生物质能。生物气的净化处理生物气的净化处理目的：去除焦油和其他杂志。生物气的用途生物气的用途供热生物质气化供气技术是指气化炉产出的生物质燃气，通过相应的配套装备，完成为居民供应燃气的技术。发电以生物质气为燃料使蒸汽锅炉、燃气轮机或内燃机带动发电机发电的技术。