生物质气化燃料技术

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1、第五章生物质气化燃料技术第一节生物质气化基本原理第二节生物质气化技术第三节生物质燃气的利用主要教学内容及要求：了解：生物质气化技术类型，生物质气化设备类型及各自的特点，生物质气化技术研究进展理解：生物质气化原理，生物质气化过程中的影响因素掌握：生物质气化的概念，生物质气化过程的基本参数及其作用，生物质燃气中的主要杂质成分及净化方法熟练掌握：上吸式和下吸式固定气化床的工作原理，流化床气化床的工作原理第1节生物质气化基本原理1生物质气化的概念与特点1.1生物质气化的概念生物质气化：是在一定的热力学条件下

2、，只提供有限氧的情况下使生物质发生不完全燃烧，生成CO、H2、低分子烃等可燃气体。生物质气化的特点：气化是将化学能的载体由固态转换为气态，气化反应中放出的热量则小得多，气化取得的可燃气体再燃烧则可进一步释放出其具有的化学能。1.2气化与燃烧的差异在原理上，气化与燃烧都是有机物与氧发生反应;生物质燃烧: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

3、进一步燃烧。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）燃料准备区气化区2.1固体燃料的干燥干燥过程特点：生物质原料被加热，析出吸附在生物质表面的水分。在100～150℃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。2.2热分解反应⑴特点：当温度达到160℃以上，高分子有机物开始发

4、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。热分解反应结果与产物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。⑵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

5、主要影响因素。①原料种类的影响：生物质中挥发组分高，在较低的温度下（300～400℃）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。②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。2.3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

6、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700～900℃。①CO2还原的反应C+CO2→2CO；ΔH＝-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水蒸汽还原的反应C＋H2O(g)→CO＋H2；ΔH＝-118.628KJ/molC＋2H2O（g）→CO2＋2H2；ΔH＝-75.114KJ/mo

7、l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。③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。C＋2H2→CH4；ΔH＝752.400KJ/molCO＋3H2→CH4+H2O(g)；ΔH＝203.566KJ/molCO＋4H2→CH4+2H

8、2O(g)；ΔH＝827.514KJ/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。甲烷生成反应C＋2H2O（g）→CH4+CO2；ΔH＝677.286KJ/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