第9章 生物质热解气化技术
生物质气化技术
研发历程：从早期的实验室研究到 现在的商业化应用，生物质气化技 术的研发经历了多年的发展。
推广应用：生物质气化技术在国内 外得到了广泛应用，包括家庭供暖、 工业热力供应、生物质发电等领域。
生物质气化技术的推广现状
政策支持：政府出台相关政策，鼓励生物质气化技术的研发和应用 市场规模：生物质气化技术市场规模不断扩大，应用领域逐渐增多 技术创新：生物质气化技术不断创新，提高了能源利用效率和环保性能 国际合作：国内外企业和研究机构加强合作，共同推动生物质气化技术的发展
生物质气化技术的发展前景
技术创新：随着科技的不断进步，生物质气化技术将得到进一步优化和 改进，提高转化效率和降低成本。
政策支持：政府对可再生能源的支持力度加大，生物质气化技术将获得 更多的政策倾斜和资金支持。
市场需求：随着环保意识的提高和能源需求的增加，生物质气化技术的 市场需求将进一步扩大。
产业链完善：随着生物质气化技术的推广和应用，相关的产业链将逐步 完善，包括设备制造、技术服务、运营管理等。
生物质气化技术
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目录
01 添 加 目 录 项 标 题 03 生 物 质 气 化 技 术 的
应用
05 生 物 质 气 化 技 术 的 研发与推广
02 生 物 质 气 化 技 术 的 原理
04 生 物 质 气 化 技 术 的 优势与局限性
生物质气化技术的原理
生物质气化技术 是一种将生物质 转化为可燃气体 （生物质气）的 过程。
该过程通过热化 学反应，将生物 质中的有机组分 转化为气体，包 括一氧化碳、氢 气、甲烷和二氧 化碳等。
生物质气化技术 的原理包括热解、 气化和燃烧等反 应，这些反应在 高温、缺氧或富 氧的条件下进行。
生物质热解气化原理与技术
生物质热解气化原理与技术生物质热解气化是一种将生物质转化为可用气体燃料的技术。
生物质是指植物和动物的有机物质，如木材、农作物废弃物、动物粪便等。
热解气化是将生物质加热至高温，并在缺氧或氧气限制条件下进行分解，生成可燃气体和固体残渣的过程。
生物质热解气化的原理是通过热解和气化两个过程将生物质转化为气体燃料。
首先，生物质在高温下进行热解，热解过程中生物质的有机物质被分解为气体、液体和固体。
其中，气体主要是一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）、氢气（H2）、甲烷（CH4）等。
液体主要是烃类物质，如醇类、酮类、醚类等。
固体残渣是热解过程中不能分解的物质，主要是炭质物质。
然后，热解产物在气化过程中被进一步转化为可用气体燃料。
气化是在缺氧或氧气限制条件下进行的，通过气化反应将热解产物中的固体炭质物质转化为一氧化碳和氢气。
气化过程中，氧气与炭质物质反应生成一氧化碳，同时一氧化碳与水蒸气反应生成氢气。
生物质热解气化技术具有以下几个优势。
首先，生物质是一种可再生能源，与化石燃料相比具有更低的碳排放。
生物质热解气化能够有效利用生物质资源，减少对化石燃料的依赖。
其次，生物质热解气化可以将生物质转化为多种气体燃料，具有较高的灵活性。
不同类型的生物质可以产生不同成分的气体燃料，可以根据需求进行选择和调整。
再次，生物质热解气化可以利用生物质的多级能量，通过热解气化过程可以同时产生气体、液体和固体燃料。
气体燃料可以直接用于燃烧或发电，液体燃料可以用于替代石油燃料，固体残渣可以用作肥料或再生能源的原料。
生物质热解气化技术的应用具有广泛的前景。
首先，生物质热解气化可以用于生物质能源的开发利用。
生物质能源是一种清洁、可再生的能源，可以用于代替传统的化石能源，减少对环境的污染。
其次，生物质热解气化可以用于生物质废弃物的处理。
农作物废弃物、木材废料等生物质废弃物在经过热解气化处理后可以转化为有用的气体燃料，同时还可以减少废弃物对环境的影响。
生物质热解气化技术应用领域
生物质热解气化技术应用领域生物质热解气化技术是一种将生物质原料转化为可再生能源的技术。
它通过加热生物质，在无氧或低氧条件下使其分解产生可燃气体，如合成气和油烟等。
这项技术具有广泛的应用领域，下面将从能源领域、环境保护和农业利用等方面进行介绍。
在能源领域，生物质热解气化技术可以用于生产可再生能源，如生物质气体和生物燃料。
生物质气体可以作为替代天然气的能源供应，广泛应用于发电、供暖和工业生产等领域。
生物燃料可以用作替代传统石油燃料的能源，用于汽车和船舶等交通工具，减少对化石能源的依赖，降低碳排放。
在环境保护方面，生物质热解气化技术可以有效处理生物质废弃物，如农作物秸秆、木屑和食品残渣等。
这些废弃物通常会被焚烧或填埋，造成环境污染和资源浪费。
通过热解气化技术，这些废弃物可以被转化为有用的能源，减少对自然资源的开采，同时还能减少二氧化碳等有害气体的排放，有利于环境保护。
在农业利用方面，生物质热解气化技术可以将农作物秸秆等农业废弃物转化为有机肥料。
传统的农作物秸秆通常会被焚烧或直接丢弃，造成了资源的浪费。
而通过热解气化技术，这些废弃物可以被转化为有机肥料，用于土壤改良和农作物生长，提高农田的产量和质量。
生物质热解气化技术还可以应用于木材加工、生物医药和生物化工等领域。
在木材加工方面，生物质热解气化技术可以将木材废弃物转化为有用的能源和化工原料。
在生物医药和生物化工领域，生物质热解气化技术可以利用生物质原料提取药物和生物活性物质，开发新型的生物医药和化工产品。
生物质热解气化技术具有广泛的应用领域。
它可以为能源领域提供可持续发展的能源供应，同时也可以解决环境污染和资源浪费等问题。
随着技术的进一步发展和创新，相信生物质热解气化技术将在更多领域发挥重要作用。
生物质热解气化技术
生物质热解气化技术
电子科技大学硕士学位论文
生物质热解气化技术
摘要
随着经济的发展，人类对于能源的需求量也在不断的增加，而传统的化石燃料由于质量逐渐减少和污染排放量的增多，使得我国必须寻求替代能源。
生物质是一种可以取代传统化石燃料的清洁替代能源，其中还存在着大量未开发利用的可再生能源。
然而，由于生物质是复杂的有机物质，催化转化技术难以进行，受转化效率限制。
因此，将生物质在高温热解气化反应中转化为燃料气和其他催化剂的气相活
性物质，是高效减少生物质污染物浓度的有效手段，是当前生物质转化技术研究的热点，也是未来生物质能源开发利用的重点。
本文的研究重点为热解气化技术在生物质转化中的研究进展及可能的应用，主要包括四个方面：生物质热解气化机理研究，催化剂包衣材料研究，多元组分生物质转化及反应机理研究以及生物质热解气化技术的应
用研究，并对今后的研究方向进行了总结和展望。
- 1 -。
生物质热解气化原理与技术
生物质热解气化原理与技术是指利用生物质材料在高温下进行热解和气化反应，将其转化为可燃气体、液体燃料和生物质炭等的过程。
生物质热解气化技术具有较高的能源利用率和环保效益，是一种可持续的能源利用方式。
生物质热解气化的原理是将生物质材料在缺氧或富氧的条件下，通过热化学反应将生物质中的有机物转化为可燃气体、液体燃料和生物质炭等。
在热解过程中，生物质中的纤维素、木质素和半纤维素等有机物会首先被热解成挥发性物质，如一氧化碳、氢气、甲烷等可燃气体和少量的焦油、炭黑等。
随后，这些挥发性物质可以在气化炉中进一步反应生成可燃气体。
生物质热解气化技术的关键在于高温、低氧或无氧的条件下进行反应，控制温度和气氛，使生物质中的有机物尽可能多地转化为可燃气体和液体燃料。
同时，为了提高能源利用率和环保效益，需要选择合适的生物质原料，采用高效的气化和燃烧技术，降低能耗和污染物排放。
生物质热解气化技术的应用范围较广，可以用于生产可再生能源、提供供暖或热水、工业用蒸汽等。
同时，生物质热解气化技术还可以用于处理城市垃圾和工业废弃物等固体废物，实现废物资源化利用。
生物质热解气化技术的关键点分析
２ ． ２ ． ４生物质富氧气化技术 － ； ．・ 。 ． 生物 质富 氧气化技术 是从气化 剂 的角度 出发提 高气化效 率
，
我国拥有丰富 的农林生物质资源 ， 利用生物质热解气化技术 开发和利用生物质能源 ，能够达到清洁高效利用燃 气的要求 ， 推 的一项新 型气化技 术。 传统 的生物质热解气化通常以空气为气 化 进工业发展 。深化生 物质气化炉装备的研发以及 生物质蒸汽气化 剂， 但是由于空气中大部分为氮气 所以燃气质量及生产效率都 技 术 、 生 物质 富 氧 气 化 技 术 、 生 物 质 合 成 天 然气 技 术 的研 究 ， 加 强 比较低 ， 若在进入反应 炉之前将氧气富化提纯则会增加 氧化层厚 对生物质能源 的利用 ， 能够有 效缓解我 国能 源 匮乏 的现状 ， 对促
种 流态化操作 技术 ， 各工作 环节相互 独立又相 互配合 ， 其气 化 重要途径［ ６ １ 。奥地利某大学对双流化床蒸汽气化技术 的研究较为 能力 可 瑰较高０ 深夯， 其双段 式蒸汽气化反应装置具有 大学 对生物质蒸汽气化技术的 研究在国内 较为 领先， 其利用多
泛的应用 。通过生物质的热解气化 ， 能够产 生以一氧化碳 、 氢气为
上， 加入甲烷化及天然气合成系统， 将常规的热解气化产物一氧 化碳 、 氢气 转化为天然气 ， 再 经过脱硫 、 脱氮、 焦油处 理等过程 产
生物 质 能是 一种 可再 生 的清 洁 能源 ， 有 着 良好 的 发展 前 景 。随
通过甲烷化反应制备高品质的天然气 ， 这一技术的研究已经较为 并通 过进一步 的甲烷化反应 ， 能 够产生热 成熟 ， 而生物质燃气的研究较晚， 对于提高燃气品质以及生产效 主要成分 的清洁燃料 ，
这对城市供气 、 供暖带来 了极大 的便利 。 生 率 的研究也有待进一步 的深入 。 ２ ０ ０ ８ 年奥地利某研究机构基于双 值较高的合成 天然气 ， 物质供 电主要 是通过 生物质气化及 直燃所释 放的热量转 化为 电 流化 床生产设备 研发 的天然气合成 技术 是生 物质热解 气化 完整 能 ， 生物 质发电项 目的研究为解决工业用 电及城市功能用 电发挥 工艺 的一次突破 。 在该项技术 中， 首先在传统 热解 、 气化反应基础 着非常重要 的作用 。
《生物质热解技术》课件
生物质热解技术的优势
01
质热解技术利用可再生的 生物质资源，如农业废弃物、 木材废弃物等，符合可持续发 展的要求。
高效转化
生物质热解技术能够将生物质 高效转化为高品位燃料和化学 品，提高了能源利用效率。
减少污染
与传统的燃烧方式相比，生物 质热解技术能够减少废气、废 水和固体废物的排放，降低环 境污染。
加强政策支持
政府应加强政策支持，鼓励生 物质热解技术的研发和应用。
04
生物质热解技术的实际应用案例
生物质热解技术在能源生产中的应用
生物质热解技术可以用于生产生物油，替代化石燃料，如柴油、 汽油等。生物油的热值较高，可以用于燃烧发电或直接用于工业 燃烧设备。
生物质热解技术还可以用于生产生物燃气，如沼气等。生物燃气 的主要成分是甲烷，可以用于家庭和工业燃气。
生物质热解技术可以用于处理农业废弃物、城市垃圾等废物 ，将其转化为有用的能源和化学品。这不仅可以减少废物的 环境污染，还可以实现废物资源化利用。
生物质热解技术还可以用于处理工业废弃物，如废油、废溶 剂等。通过生物质热解技术可以将这些废弃物转化为有用的 能源和化学品，实现废弃物的资源化利用。
05
结论
生物质热解技术在化学品生产中的应用
01
生物质热解技术可以用于生产各 种化学品，如酚类、芳香烃类、 醇类等。这些化学品在化工、医 药、农药等领域有广泛的应用。
02
生物质热解技术还可以用于生产 高分子材料，如聚合物、树脂等 。这些高分子材料可以用于制造 塑料、纤维等产品。
生物质热解技术在废物处理中的应用
未来生物质热解技术的国际合作与交流将 进一步加强，促进技术传播和经验分享， 推动全球范围内的技术进步和应用推广。
生物质气化技术ppt课件
70%——90%
• 1300Kcal的燃气不适用于对热量要求高，并且对温度波动要求严格的锅炉。 以奥斯登为例，烧壳炉的工作温度为1200℃-1300℃，温度的波动范围为正负
30℃。该燃气无法满足要求。
环保投入
•
目前生物质气化的焦油问题仍未解决，为避免二次污染，必须投入定的
对1000KW的谷壳发电来说大约为0.27元/千瓦时。这一成本与燃煤发电厂的成 本接近，但远远低于柴油机的发电成本。在较小的发电规模下，由于人工和 维修费用比例大大增加，所以发电成本已随着功率的变小而增大，当功率小 于100KW时，发电成本已接近大型柴油发电的水平，失去竞争的优势。
• 由于能量密度低并且分散，生物质的收集与运输是生物质成本的主要部分， 而生物质的预处理必须增加相应的设备和投资，这两部分都会增加生物质气 化发电的运行成本。
特别适用于对温度要求不严格的使用单位（例如温室大棚的温控范围可以控 制在15℃——25℃或类似的单位）。
二 生物质气化技术的缺点
• 生物质气化锅炉的产能不能过低。产能越低，相对的人工、场地、运输、 设备保养和运行费用越高。
• 生物质气化锅炉的产能不宜过高。受技术限制，以及原材料的收集等客观 因素的限制，目前生物质气化锅炉在提供可燃气的领域，一般适宜为350户— —500户的用气民户，提供燃气。（秸秆气化技术）
11.6
1.84
12.73
1.36
14
53.33 53.13 48.98 50.78 49.88 56.84
1.76 1.45 1.4 1.5 1.65 1.7
5676 5371 5033 5585 5328 3664
生物质气化技术课件
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7.1 氣化的基本原理
7.1.3 氣化的分類
對於生物質氣化過程的分類有多種形式。如果按照 製取燃氣熱值的不同可分為：製取低熱值燃氣方法 （燃氣熱值低於8374kJ/m3），製取中熱值燃氣方 法（燃氣熱值為16747～33494kJ/m3），製取高熱 值燃氣方法（燃氣熱值高於33494kJ/m3）；如果按 照設備的運行方式的不同，可以將其分為固定床、 流化床和旋轉床。如果按照氣化劑的不同，可以將 其分為乾餾氣化、空氣氣化、氧氣氣化、水蒸氣氣 化、水蒸氣－空氣氣化和氫氣氣化等，如圖7.2所 示。
發生爐煤氣一般指以空氣和水蒸氣為氣化劑，煤發生氣化反應產生的煤 氣。製氣工藝比較簡單，投資少，得到了廣泛的應用。
高爐煤氣是煉鐵時的副產品，在高爐中通常每消耗1t焦炭約可產生 3800～4000m3高爐煤氣。
Chapter7
生物質氣化技術
7.1 氣化的基本原理 7.2 生物質氣化設備 7.3 生物質燃氣 7.4 秸桿氣化集中供氣系統 7.5 生物質氣化發電技術
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目錄
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7.1 氣化的基本原理
7.1.1 氣化原理 為了方便描述生物質氣化過程，將結合生物質
下吸式爐的氣化過程（圖7.1）說明生物質氣化 的基本原理。
0.02～0.03
0.0005～0.006
0.005～0.02
0.05～0.10
長時間可允許的 最高濃度/%
0.01～0.015 0.0002～0.0034
0.001 0.04
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7.3 生物質燃氣
生物質燃氣與幾種氣體燃料的特性對比可參 見表7.9和表7.10。從表中可以看出生物質燃氣 在理化及燃燒特性上與其他氣體燃料相比有較 大的不同，如生物質燃氣的氮含量較高、熱值 較低以及需要的理論空氣量較少等。
生物质热解气化过程中的焦油处理技术
生物质热解气化过程中的焦油处理技术生物质热解气化是一种将生物质转化为高能价值气体和液体燃料的技术。
在这个过程中，焦油的生成是不可避免的。
焦油主要是指在生物质热解气化过程中，生物质的非挥发性组分在高温条件下发生裂解、聚合和重排而形成的黏稠物质。
焦油的产生对气化设备的正常运行和产气质量有着重要的影响。
因此，对焦油的有效处理是生物质热解气化技术的关键。
目前，焦油的处理技术主要包括两种方法：物理处理和化学处理。
物理处理主要是通过对焦油进行过滤、冷凝和净化等操作，将其中的悬浮固体和润湿物质去除，得到较为纯净的焦油。
其中，过滤和冷凝是常用的物理处理方式。
通过过滤，可以将焦油中的悬浮固体去除，以增加焦油的净化程度。
冷凝则是通过控制焦油的温度，使其在冷却的过程中发生凝固，并与气体分离。
这种方式具有简单、易操作的特点，但存在能耗高、处理效率低等问题。
化学处理是通过利用化学反应将焦油中的有害物质转化为无害物质，从而实现焦油的净化。
化学处理的方法有很多种，如氧化、加氢和酸碱处理等。
其中，氧化是常用的化学处理方法之一、氧化处理可以通过加入氧化剂，如过氧化氢或二氧化氯等，使焦油中的有机物氧化反应发生，并将其转化为低分子量有机物或二氧化碳和水等无害物质。
此外，加氢处理也是一种有效的焦油处理方法。
通过加入适量的氢气，可以使焦油中的分子发生加氢反应，并将有害物质转化为无害的烃类物质。
酸碱处理是另一种常用的化学处理方法。
通过加入酸碱物质，可以使焦油中的有害物质发生酸碱中和反应，生成无害的盐类物质。
这种方法操作简单，处理效果较好。
除了物理和化学处理方法，还可以采用热解设备改进和优化的方式来减少焦油的生成。
例如，在热解设备中增加催化剂，可以促使焦油的裂解反应，减少焦油的生成。
另外，调整热解设备的温度和气体流速等条件，也可以对焦油的生成进行调控。
综上所述，焦油处理是生物质热解气化技术中至关重要的环节。
物理处理和化学处理是常用的焦油处理方法，通过过滤、冷凝、氧化、加氢和酸碱处理等操作，可以有效地将焦油中的有害物质转化为无害物质。
《生物质热解技术》课件
热解技术发展趋势
描述生物质热解技术从发展历程到未来的发展趋势。
1
热解技术发展历程
经过多次调整，生物质热解工艺得到长足发展，并引入智能化、节能化等新概念。
2
未来发展趋势
生物质衍生能源将逐渐替代化石燃料成为主要能源，生物质热解技术得到进一步发展。
热解技术市场前景
介绍生物质热解技术市场的现状以及未来前景。
热解设备
生物质热解技术中使用的固体热解设备、液体热解设备和气体热解设备不同的技术方案和应用场景。
固体热解设备
采用流化床，固定床和旋转缸等反应器。
液体热解设备
采用微波反应器和固定床反应器。
气体热解设备
采用床式气化器和流化床气化器等各种纵向气化器， 配合不同的工作负压等技术方案来进行实际应用。
热解技术应用
介绍热解技术在生产生物质加工物、处理废弃物和生产生物气的应用案例。
热解液制备活性炭
液体生物油可用于活性炭生产，用作恶臭和水处理剂。
热解处理废弃物
生物质热解处理废弃物可用于造纸、制备木质素。
热解生物质制气
生物气体可用于汽车燃料和发电用途，为清洁能源贡献力量。
热解技术优缺点
介绍生物质热解技术的优点和缺点。 • 优点：生产量较高；可再生能源贡献巨大。 • 缺点：生产成本较高；能源利用效率较低；环保难度大等。
生物质热解技术
介绍生物质热解技术的定义、热解反应制度和反应产物等相关知识点。
热解概述
生物质热解技术定义，热解过程，以及热解后的产物与其用途。
定义
生物质在热解过程中释放出可再生能源。
热解过程
将生物质物理或化学分解，以释放出可燃气体、有机液体和固体炭。
热解产物
生物质热解后的产物包括生物炭、液体生物油和生物气体。
《生物质热解技术》课件
政府支持
制定相关政策和标准 加大对生物质热解技术的投入
企业合作
多方合作，共同推动技术创新
科研机构
开展深入研究，提升技术水平
国际合作
加强国际间生物质热解技术合 作与交流
国际合作
国际间应该加强生物质热解技术的合作与交流，共同推动 技术的发展和普及。通过国际合作，不仅可以分享经验和 资源，还可以加速技术的创新和应用，实现更广泛的影响 和效益。
生物气
可用于发电 供热、供暖等领域
生物炭
用于土壤改良 再生能源领域
热能
直接供暖、制冷等用途
生物质热解技术的应用 前景
生物质热解技术具有广泛的应用前景。在能源领域，可以替 代传统化石能源，减少温室气体排放，保护环境。在工业生 产中，可以实现资源的循环利用，提高能源利用效率。未来 随着生物质热解技术的不断创新和发展，其应用范围将进一 步扩大。
● 02
第2章 生物质热解过程
生物质热解的基本原理
生物质热解是一种将生物质分子内部的键断裂的过程，通过 高温、无氧或低氧环境下进行，最终生成气体、液体和固体 产物。这一过程在生物质能源开发和利用中具有重要意义。
生物质热解的反应机理
热解
生物质在高温下分 解成不同产物
干馏
在缺氧或无氧条件 下，生物质物质分
● 05
第五章 生物质热解技术的环 保效益
01 减少碳排放
低碳排放
02 减少污染
环保优势
03 提高空气质量
环境友好
生物质热解技术的减排效果
减少化石能源使用
提倡可再生能源 减少对石油、煤等传统能源的 依赖
减少温室气体排放
降低二氧化碳排放量 减缓气候变化
提高大气质量
生物质热化学转化气化技术和热解技术的特点和比较
生物质热化学转化气化技术和热解技术的特点和比较
生物质热化学转化气化技术和热解技术都是将生物质转化为可用能源的方法，但它们之间存在一些特点和区别。
1. 热化学转化气化技术特点：
- 过程中生物质在高温和缺氧或氧气限制条件下进行燃烧和气
化反应。
- 可以利用不同的气化剂（如空气、氮气、水蒸气等）使气化
产物的组成和能量利用程度发生变化。
- 通过气化反应生成的气体主要由CO、H2、CO2、CH4等组成，称为合成气或气化气，可以作为燃料或化工原料。
- 气化过程中可以控制气化温度、压力、氧化还原度等参数，
以达到最佳气化效果。
2. 热解技术特点：
- 过程中生物质在高温和无氧条件下进行热分解反应。
- 热解过程中产生的主要产物为固体炭和液体活性炭，以及气
体和水分。
- 热解温度较高，一般在300℃以上，可以得到较高的生物质
炭收率，但液体产品含量较低。
- 热解底温可以用于生物质炭的制备或固体废弃物的焚烧。
比较：
- 气化技术可以产生合成气，可以直接用于发电或者气体燃料，而热解技术主要产生固体炭和液体产物，需要进一步加工才能利用。
- 气化技术适用于各种燃料和生物质原料，热解技术更适用于
纤维素质和木质材料。
- 气化技术对反应条件和气化剂的选择要求较高，而热解技术的控制难度相对较低。
- 气化技术需要较高的能量输入，但能够实现高效能源转化。
热解技术能量要求较低，但能源转化效率较低。
根据具体的应用需求和资源特点，选择适当的技术进行生物质转化。
生物质热解气化技术
３ 热解气化技术与装备现状
生 物质热解 气 化装 备 系统 主要 包 括 气 化 炉 、 燃 气净 化 系统和终 端利 用系统 三部 分 。
３ １ 气化 炉工 作机理 及装 备现 状 ．
于稻壳和林木加工剩余木粉的发电。下吸式固定床气
度 也迅 速增长 ， 煤 、 而 石油 、 天然 气 等传 统 化 石 能源 资 源 日益枯竭 ， 人类 迫 切 需要 开 发 可再 生 的能 源资 源 以补充 和替代 现有 的化 石能源 。生 物质能 作为重
要 的环境 友好 的可再 生能 源 ， 受到 国内外 的重 视 ， 被
视为 继煤 炭 、 油和天 然气 之后 的第 四大 能源 。 石
和 Ｈ 为 主的气体 燃 料 ， 可直 接 转换 实 现燃 气 、 能 热 和 电能 的供 给 。同 时燃 气 可 以通 过 甲烷化 反 应 ， 进 而制备 高 品质 生物 质合成 天然气 （ ｉ Ｓ Ｇ） 是 生 Ｂｏ— Ｎ ，
物质能 开发 的重要技 术途 径 ＿２。 １ ． Ｊ
德 国 目前拥有 １０多个 区域热 电联产 的生物 质 ４ 电厂 ， 此外有 近 ８ 处 于规 划 设 计 或建 设 阶段 ， Ｏ个 茵 贝尔特 能源 公 司（ｍ ｅｔ ｎｒｉｅｈｉ ＭＢ 设计 Ｉ ｂｒＥ ｅｇ ｔｃｎｋＧ Ｈ） ｅ
一
部分， 过程中实 现 Ｃ 的零排放 ， 于可再生清 Ｏ 属
废弃物为燃料 ， 废弃物的最高含水量可达 ６ ０％， 机 组的热效率可达 ８ ８％ ， 所制造 的燃烧生物质的循
洁燃料 。
［ 收稿 日 ］ ２ １ — １ ２ 期 ００ １ — ５
［ 作者简介 ］ 董玉平（ ９９ ） 男 ， １４ 一 ， 山东梁山县人 ， 山东大学机械工程学院教授 ， 长期从 事生物质能源化转化技术 研究 ；
生物质热解气化技术在发电中的应用实验报告
生物质热解气化技术在发电中的应用实验报告一、引言随着全球能源需求的不断增长和对环境保护的日益重视，寻找可再生、清洁的能源成为当务之急。
生物质能作为一种丰富的可再生能源，具有巨大的潜力。
生物质热解气化技术是将生物质转化为可燃气体，进而用于发电的一种有效途径。
本实验旨在研究生物质热解气化技术在发电中的应用效果，为其进一步推广和应用提供参考依据。
二、实验目的1、研究不同种类生物质原料在热解气化过程中的产气特性和成分。
2、评估生物质热解气化气用于发电的可行性和效率。
3、分析影响生物质热解气化发电系统性能的因素。
三、实验材料与设备1、生物质原料：选取了玉米秸秆、小麦秸秆、木屑等常见的生物质材料。
2、热解气化设备：采用了固定床式热解气化炉，其主要由进料系统、反应室、气体净化系统和控制系统组成。
3、发电设备：选用了小型燃气内燃机发电机组，额定功率为_____kW。
4、分析仪器：包括气相色谱仪（用于分析气体成分）、热量计（用于测量气体热值）等。
四、实验方法1、生物质原料预处理：将收集到的生物质原料进行粉碎、干燥等预处理，使其达到合适的粒度和含水率。
2、热解气化实验：将预处理后的生物质原料均匀地送入热解气化炉中，控制反应温度、气化剂流量等参数，进行热解气化反应。
3、气体净化：热解气化产生的气体经过冷却、过滤、除焦油等净化处理，以提高气体质量。
4、发电实验：将净化后的气体通入燃气内燃机发电机组中，进行发电实验，记录发电功率、运行时间等数据。
5、气体成分和热值分析：定期采集气体样品，利用气相色谱仪和热量计分析气体成分和热值。
五、实验结果与分析1、产气特性不同生物质原料的产气率存在差异。
玉米秸秆的产气率较高，平均可达_____m³/kg；小麦秸秆和木屑的产气率相对较低，分别为_____m³/kg 和_____m³/kg。
产气成分主要包括氢气（H₂）、一氧化碳（CO）、甲烷（CH₄）、二氧化碳（CO₂）等。
生物质热解气化原理与技术-绪论
生物质热解气化原理与技术第一章绪论生物质能是绿色植物通过光合作用转换和储存下来的太阳能，是重要的可再生能源，也是人类最早主动利用的能源，在人类文明史中起到了重要的作用。
至今，生物质能仍然是世界上消费量位居第四的一次能源，在我国农村和发展中国家得到广泛应用。
传统生物质能利用方式主要是家用炉灶中的直接燃烧，是自然经济生活方式的延续。
现代生物质能技术包括热化学转换和生物化学转换两大类。
其中热化学转换技术与化石燃料技术有很强大的兼容性，在许多方面可以替代化石燃料，实现可持续发展和低碳排放，为人们所重视。
生物质热解气化是热化学转换的重要技术方向，经过科学家和工程师们的长期努力，已经发展成为一个丰富多彩的技术门类，出现了形式多样的装置和工程实例，生产出热力、电力、液体燃料、气体燃料等品位较高的二次能源，还有许多新型技术在开发之中。
生物质热解气化技术的发展一切有生命的或者曾经有生命的物质都是生物质，这是一个包罗万象的总概念，但是只有那些可以作为燃料的固体生物质才被用作热化学过程。
固体生物燃料主要包括：（1）木本原料，即树木和各种采伐、加工残余物；（2）草本原料，即草类、秸秆和各种加工残余物；（3）果壳类原料，如板栗壳、棕榈壳、花生壳等；（4）混杂燃料。
[1]生物质热解气化是通过热化学过程转变固体生物质的品质和形态，使其应用起来更加方便、高效和清洁的技术。
基本技术形式形形色色的生物质热解气化技术都是从热解和气化两个基本技术形式派生出来的，反应过程中不供应足够的氧气，以获得含有化学能的可燃烧产物为目的。
1．生物质热解生物质热解是在热作用下生物质中有机物质发生的分解反应。
在高温下，构成生物质的大分子碳氢化合物化学键断开，裂解成为较小分子的挥发物质，从固体中释放出来。
热解开始温度为200～250℃，随着温度升高，更多的挥发物质释放出来，而挥发物质质也被进一步裂解，最后残留下由碳和灰分组成的固体物质。
挥发物质中含有常温下不可凝结的简单气体，如H2、CO、CO2、CH4等，也含有常温下凝结为液体的物质，如水、酸、碳氢化合物和含氧化合物等。
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气化过程质量与能量平衡计算
质量平衡计算
输入质量 M in 输出质量 M out 质量衡算 M
生物质携带质量、气化剂携带质量 气体携带质量、焦油携带质量、水溶性物质携带质量、灰渣携带质量
M M in M out
气化过程质量与能量平衡计算
能量平衡计算
输入能量 Qin 输出能量 Qout 能量衡算 Q
气化反应动力学
热解过程 固相反应：主要取决于加热速率，反应速率很快 气相或气相与炭反应：包括裂解、重整、变换等反应，主要
取决于温度和停留时间
da = Ae−E / RT (1 − a)n dt
固体生物质气化反应动力学
气化反应动力学
不同生物质在不同温度下的气化反应动力学
样品 白松 白松 白松 橡胶木 橡胶木 橡胶木 橡胶木
上吸式 下吸式 横吸式 开心式
单流化床 循环流化床
双流化床 携带床
固定床式生物质气化炉
生物质 气化剂
生物质 产出气
生物质
生物质 气化剂
气
产
化
出
剂
气
产出气 (a) 下吸式
气化剂 (b) 上吸式
(c) 横吸式
产出气 (d) 开心式
固定床式生物质气化炉
气化炉类型 原料尺寸（mm） 原料湿度（﹪） 原料灰分（干基，wt﹪）
气化反应平衡分析
C 2H2 CH4
制取高热值燃气的重要反应，非均相反应 随着温度的升高，逆反应加快，不利于甲烷的生成 此反应的适宜温度为800℃
气化反应平衡分析
2CO 2H2 CH4 CO2
甲烷化的重要反应，均相反应 温度升高对正反应不利
9.3 生物质气化评价参数与过程计算
气化反应动力学
燃烧过程 焦炭的燃烧速率受温度和时间控制
900℃下不同粒径颗粒的燃烧速率
颗粒尺寸/mm 6.25 0.833 0.074
燃烧速率/g·g-1·min-1 0.648 5.04 55.9
气化反应动力学
还原过程 主要是C、CO2、CO和H2O之间的反应 气化过程速率最慢的步骤
气化基本原理
以下吸式固定床为例
还原区：600-900℃
C＋CO2 2CO－172.43 kJ H2O C CO H2 131.72 kJ 2H2O C CO2 2H2 90.17 kJ H2O CO CO2 H2 41.13 kJ 3H2 CO CH4 H2O 250.16 kJ
温度 700℃ 800℃ 900℃
反应速度与速率比 反应速度/mg•s-1•cm
速率比 反应速度/mg•s-1•cm
速率比 反应速度/mg•s-1•cm
速率比
热分解 3.170 81.3 4.117 40.0 5.893 30.4
炭的燃烧 0.937 24.0 1.063 10.3 1.141 5.9
生物质携带能量、气化剂携带能量 气体携带能量、焦油和水溶物携带能量、灰渣携带能量、系统向外界散热
Q Qin Qout
9.4 生物质气化典型工艺介绍
气化装置的构成 固定床上吸式气化炉 固定床下吸式气化炉 横流式和开心式固定床气化炉 单流化床气化炉 循环流化床气化炉 双流化床气化炉
O2
0.0724T 2 0.622
CO2
O2
11635.1 lg Kr T 2.165 lg T 0.0894T
0.08876T 2 3.394
CO2 2 O2 CO2
29530.5 lg Kr T 2.769 lg T 0.001225T
0.061356T 2 2.15
第九章 生物质热解气化技术
内容
9.1. 生物质热解气化技术概述 9.2. 生物质热解气化原理 9.3. 生物质气化评价参数与过程计算 9.4. 生物质气化典型工艺介绍 9.5. 加压气化
9.1 生物质热解气化技术概述
生物质热解气化技术发展历史 生物质热解气化技术分类
生物质热解气化技术发展历史
气化装置的构成
原料预处理设备 进料设备
气化反应器 气固分离装置 气体冷却净化装置
固定床上吸式气化炉
生物质原料从顶部加入，依靠重力从上向下移动 空气从底部进入，从下向上移动 原料移动与空气流动方向相反，也称为逆流式气化
固定床上吸式气化炉
优点
① 气化效率高（热解层和干燥层充分利用了还原反应气体的余热） ② 燃气热值高（气化气直接混入了具有较高热值的挥发分） ③ 炉排受到进风的冷却，不易损坏
• Qb为生物质原料的热值
气化主要评价参数
碳转化率
C
CCO
12CCO2 CCH4 2.5CCnHm 12 / WCHX OY
GP
• 碳转化率为单位质量的生物质气化后，气化气所含的碳与原料中所 含碳之比
• CCO、CCO2、CCH4、CCnHm分别代表相应的气体在气化气体中所占的 体积百分比
气化反应平衡分析
反应 2H2 O2 2H2O C CO2 2CO C H2O CO H2
平衡常数 Kr
H 2O2 O2 H2 2
CO2
CO2
COH2
H2O
平衡常数计算式
25116.1 lg Kr T 0.9466 lg T 0.087216T
• WCHxOy是指生物质特征分子式的质量
气化主要评价参数
气化强度
P = Wb A
kg / m2 / s
• 气化强度是指单位横截面积的气化反应器在单位时间内气化生物质 原料的能力，其值等于生物质进料速率除以气化炉横截面积
• Wb为生物质进料速率，A为气化器横截面积
气化主要评价参数
气体组分
Qg 126CCO 108CH2 359CCH4 665CCnHm kJ / Nm3
• 低位热值的计算公式 • CCO、CH2、CCH4、CCnHm分别代表CO、H2、CH4和CnHm在气化气
体所占的体积百分比
气化主要评价参数
气化效率
Qg GP 100% Qb
• 气化效率为单位质量的生物质气化之后，气化气体包含的化学能与 气化原料所包含的化学能之比
0.081618T 2 1.714
8947.7 lg Kr T 2.4675 lg T 0.0010824T
0.06116T 2 2.772
6740.5 lg Kr T 1.5561lg T 0.081092T
0.06371T 2 2.554
气化反应平衡分析
0.081858T 2 2.336
2207.2 lg Kr T 0.9115 lg T 0.09738T
0.081487T 2 0.098
3348 lg Kr T 5.957 lg T 0.001867T
0.061059T 2 11.79
气化反应平衡分析
C CO2 2CO
气化反应平衡分析
k1c1c2 k2c3c4
k1 c3c4 K k2 c1c2
K为化学反应平衡常数，是反应温度和压力的函数
气化反应平衡分析
反应 C O2 CO2
2C O2 2CO
2CO O2 2CO2
平衡常数 Kr
平衡常数计算式
20582.8
CO2
lg Kr T 0.302 lg T 0.02143T
炭-水蒸气气化 0.039 1.0 0.103 1.0 0.194 1.0
生物质气化三个反应过程的速率比较
气化反应平衡分析
假设如下反应是一个可逆反应：
A B C D
c1 c2
c3 c4
式中， c1 、 c2 、 c3 、 c4 相应为 A 、 B 、 C 和 D 的浓度。
v1 k1c1c2 v2 k2c3c4
缺点
① 由于气化气中直接混入了挥发分中的焦油，使得气体中的焦油含量较高 ② 一般会高达20g/m3以上
0.137~0.969 200.62
n
0.6354 0.5944 0.6756 0.5829 0.681 0.7501 0.776
E
17.8523 11.994 8.5559 39.7991 24.7075 18.2681 13.2696
R
0.9998 0.9997 0.9994 0.9998 0.9984 0.9989 0.9997
气化主要评价参数 气化主要影响因素 气化过程质量与能量平衡计算
气化主要评价参数
气体产率
GP
Vg Mb
Nm3 / kg
• 气体产率Gp是指单位质量生物质气化后所获得的气体燃料在标准状 态下的体积
• Vg为气化气体在标准状态下的体积，Mb为气体生物质的质量
气化主要评价参数
气体热值
生物质热解气化技术分类
按气化剂分类
不同气化技术比较
气化剂 气体热值/(MJ/m3 锅炉、干燥、动力
氧气
水蒸气
11~19
中热值气
区域供气、合成气
氢气 22~26 高热值气 工艺热源、管网输送气
生物质热解气化技术分类
按设备运行方式分类
生物质气化
固定床 流化床 旋转床
• 可燃气体：CO、H2、CH4和CnHm • 不可燃气体：CO2、N2和O2 • 我国规定民用燃气中CO的含量不能超过15%
气化主要影响因素
当量比ER：气化实际供给的空气量与生物质完全燃烧理 论所需的空气量之比
ER = AR SR
• AR为气化时实际供给的空气量与燃料量之比（kg/kg），简称空燃 比
下吸式 5-100 ＜30 ＜25