生物质气化PPT课件
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生物质能课件——第八章 生物质气化
31
4. 能源植物
糖类能源植物 如甘蔗、甜高粱、甜菜等； 淀粉类能源植物 如木薯、玉米、甘薯等； 纤维素类等能源植物 如速生林木和芒草等； 油料能源植物 如油菜、向日葵、棕榈、花生等； 烃类能源植物 提取含烃汁液，可产生接近石油成分的
燃料，如续随子、绿玉树、银胶菊、西谷椰子和西蒙 得木等。
表示气化炉生产能力大小 的指标；
气化实际需要的空气量值 与生物质燃料完全燃烧所
固定床气化炉的气化强度 需要的空气量值之比。
为100～250 kg/(m2∙h)，
流化床约为2000
kg/(m2∙h)；
49
燃气质量
评价燃气质量的主要指标包括燃气的低位热值、焦油含 量以及含灰量。
燃气成分
还原区反应
C + 2H2 = CH4。
热裂解区反应
CxHyOz = CO + CO2 + CaHb + H2O + H2 + Tar
CO2 + C = 2CO； H2O + C = CO + H2； 2H2O + C = CO2 + 2H2； H2O + CO = CO2 + H2；
7
光合作用
internal leaf structure
outer membrane inner membrane
chloroplasts
植物 水 + 二氧化碳 -----> 有机体 + 氧
太阳能
8
自然界碳循环与生物质能利用
9
四、生物质能的利用途径？
10
1. 直燃和热化学转化
过量空 气，直 接供 热；
4. 能源植物
糖类能源植物 如甘蔗、甜高粱、甜菜等； 淀粉类能源植物 如木薯、玉米、甘薯等； 纤维素类等能源植物 如速生林木和芒草等； 油料能源植物 如油菜、向日葵、棕榈、花生等； 烃类能源植物 提取含烃汁液，可产生接近石油成分的
燃料，如续随子、绿玉树、银胶菊、西谷椰子和西蒙 得木等。
表示气化炉生产能力大小 的指标；
气化实际需要的空气量值 与生物质燃料完全燃烧所
固定床气化炉的气化强度 需要的空气量值之比。
为100～250 kg/(m2∙h)，
流化床约为2000
kg/(m2∙h)；
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燃气质量
评价燃气质量的主要指标包括燃气的低位热值、焦油含 量以及含灰量。
燃气成分
还原区反应
C + 2H2 = CH4。
热裂解区反应
CxHyOz = CO + CO2 + CaHb + H2O + H2 + Tar
CO2 + C = 2CO； H2O + C = CO + H2； 2H2O + C = CO2 + 2H2； H2O + CO = CO2 + H2；
7
光合作用
internal leaf structure
outer membrane inner membrane
chloroplasts
植物 水 + 二氧化碳 -----> 有机体 + 氧
太阳能
8
自然界碳循环与生物质能利用
9
四、生物质能的利用途径？
10
1. 直燃和热化学转化
过量空 气，直 接供 热；
能源环境-与-生物质能的应用-生物质气化ppt课件
作用可以再生，取之不尽、用之不竭，也是唯一一种可再 生的碳源；
2) 低污染性 生物质的硫含量、氮含量低、燃烧过程中生成的SOX、
NOX较少； 3) 广泛分布性 缺乏煤炭的地域，可充分利用生物质能；
4) 生物质燃料总量十分丰富 生物质能是世界第四大能源,仅次于煤炭、石油和天然
气。
生物质热解气化
生物质利用方式分类
所
生物质热解气化
国内进展
1. 中科学院广州能源研究所在循环流化床气化发电方面取得了一系列进 展，已经建设并运行了多套气化发电系统[21~24]； 2. 中国林业科学院林产化学工业研究所在生物质流态化气化技术、内循 环锥形流化床富氧气化技术方面取得了成果[25]； 3. 中国科技大学进行了生物质等离子体气化[26]、生物质气化合成等技术 的研究[27]； 4. 浙江大学对双流化床气化技术进行了研究，并开发了中热值气化供气 与发电装置[30,31]；华中科技大学进行了流化床的气化研究[32-34]； 5. 南京工业大学近年来开始开展生物质气化技术的研究，在大规模的固 定床生物质气化发电技术方面取得了进展。
6. 华中科技大学开展了高含水率生物质的热解气化研究，并建成了一套 中试装置，取得了较好的效果
生物质热解气化
国外进展
欧美等发达国家对生物质气化技术的研究十分重视，有许多单
位在进行此项技术的研究，并达到了较高的水平。
西方发达国家的一些科研单位，如美国国家再生能源实验室[64]
、Ariozna大学、Hamburg大学、日本日立制作所、英国Aston大学
0.35
3.0
城市生活垃圾量（填埋处理）
1.58
0.96
60
0.09
0.28
餐饮废油 工业/生活污水量 棉籽油
2) 低污染性 生物质的硫含量、氮含量低、燃烧过程中生成的SOX、
NOX较少； 3) 广泛分布性 缺乏煤炭的地域，可充分利用生物质能；
4) 生物质燃料总量十分丰富 生物质能是世界第四大能源,仅次于煤炭、石油和天然
气。
生物质热解气化
生物质利用方式分类
所
生物质热解气化
国内进展
1. 中科学院广州能源研究所在循环流化床气化发电方面取得了一系列进 展，已经建设并运行了多套气化发电系统[21~24]； 2. 中国林业科学院林产化学工业研究所在生物质流态化气化技术、内循 环锥形流化床富氧气化技术方面取得了成果[25]； 3. 中国科技大学进行了生物质等离子体气化[26]、生物质气化合成等技术 的研究[27]； 4. 浙江大学对双流化床气化技术进行了研究，并开发了中热值气化供气 与发电装置[30,31]；华中科技大学进行了流化床的气化研究[32-34]； 5. 南京工业大学近年来开始开展生物质气化技术的研究，在大规模的固 定床生物质气化发电技术方面取得了进展。
6. 华中科技大学开展了高含水率生物质的热解气化研究，并建成了一套 中试装置，取得了较好的效果
生物质热解气化
国外进展
欧美等发达国家对生物质气化技术的研究十分重视，有许多单
位在进行此项技术的研究，并达到了较高的水平。
西方发达国家的一些科研单位，如美国国家再生能源实验室[64]
、Ariozna大学、Hamburg大学、日本日立制作所、英国Aston大学
0.35
3.0
城市生活垃圾量（填埋处理）
1.58
0.96
60
0.09
0.28
餐饮废油 工业/生活污水量 棉籽油
生物质气化裂解技术-PPT演示文稿
生物质水解工艺 hydration of biomass
• 预处理：蒸气爆破、碱水解及稀酸水解
• 蒸汽爆破法：蒸汽将生物质原料加热至200～240℃， 维持30s～20min，高温和高压造成了木质素软化；然 后迅速使原料减压，造成纤维素晶体和纤维素的爆裂， 使木质素和纤维素分离 （“垃圾炮”）
• 酸水解：稀硫酸或SO2浸润生物质，再以蒸汽处理
、林业和农业产品加工后的废物 • 产品是活性炭和水煤气原料，如传统的焦炭
生产
热解反应主要工艺类型
工艺类型 慢速热解
滞留期
碳化
数小时~数天
常规 快速热解
快速 闪速（液体） 闪速（气体）
极快速 真空
反应性热解 加氢热解 甲烷热解
5-30min
0.5~5s <1s <10s <0.5s 2~30s
典型农林废弃物及生活垃圾热解生 物油特性
原料
温度 反应器 C
木屑 500℃ 流化床 47.79
松木粉 550℃ 流化床 31.76
玉米芯 550℃ 固定床 59.36
木薯茎 600℃ 固定床 22.58
生活垃圾 600℃ 固定床 17.72
锅炉燃油
85.0
生物油元素分析
H
O
N
S
7.789 42.96
（1）高温热解 • >900℃ • 直接加热方式 • 高温纯氧热解工艺，反应器中氧化—熔渣区段温度
>1500℃ • 热解残留惰性固体熔化，以液态渣形式排出反应器，
清水淬冷后作建筑材料骨料
（2）中温热解 • 热解温度600～900℃ • 相对单一物料热解，回收能源和资源，如废
轮胎、废塑料转换成类重油物质 • 类重油物质可作能源，也可做化工初级原料
生物质气化技术ppt课件
• 天然气的燃烧效率为92% • 1300Kcal的燃气的燃烧效率为
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
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PPT课件
按温度可将热解分为低温热解(600℃以下)，中温热解(600～ 900℃)和高温热解(900℃以上)。根据热解过程的原料停留时 间和升温速率，热解可分为：常规热解(Conventional pyrolysis)、快速热解(Fast pyrolysis)和闪解(Flash pyrolysis)。
常规热解 快速热解 闪解
55.4
.
18
5. 热解气化
热解气化，又称干馏气化，是指生物质在隔绝空气或提供极 有限的空气的条件下加热后进行裂解反应的气化过程。也可 描述成生物质的部分气化。
热解气化的突出优点是产生的燃气热值较高，约15MJ/Nm3左 右，其缺点是气体产出率较低，产生的燃气中焦油含量很高。
.
19
5. 热解气化
.
31Biblioteka 4.循环流化床气化炉循环流化床气化系统结构. 与工作原理示意图
32
4.循环流化床气化炉
循环流化床气化炉与鼓泡床气化炉相比，循环流化床气化 炉的流化速度高，气化剂的上升流速为5～10m/s，从而使 得从气化炉出来的燃气中携带有大量的固体颗粒，这些颗 粒包含大量未完全反应的炭粒，通过设置在气化炉出气口 处的旋风分离器将这些颗粒从燃气中分离出来，并重新送 入气化炉内，继续参与气化反应。循环流化床气化炉的反 应温度一般也控制在700～900℃。
净化装置类型 沙床过滤器 喷淋塔洗涤器 文丘里管洗涤器 湿式静电除尘器 纤维过滤器
几种气体净化装置的除焦油和除尘效果
颗粒去除率（％）
焦油去除率（％）
70-99
50-97
60-98 － ＞99
10-25 50-90 0-60
70-95
0-50
物理除焦只是将焦油从燃气中分离出来，而且多把分离出来的焦油作为
生物质气化-课件
生物质气化技术周劲松浙江大学能源工程学院主要内容•生物质气化原理•生物质气化技术与工艺•生物质燃气净化•生物质气化应用及研究生物质气化(Biomass gasification)是以生物质为原料，以氧气（空气、富氧或纯氧）、水蒸气或氢气等作为气化剂（或称气化介质），在高温条件下通过热化学反应将生物质中可燃的部分转化为可燃气的过程。
生物质气化时产生的气体，主要有效成分为C0、H 2和CH 4等，称为生物质燃气。
•Why gasification?–Gasification provides a competitive way to convert diverse, highly distributed and low-valuelignocellulosic biomass to syngas for combinedheat and power generation, synthesis of liquidfuels and production of hydrogen (H2).–A number of gasifier configurations have beendeveloped. Biomass integrated gasificationcombined cycles (BIGCC) using black-liquor arealready in use.–Gasification can also co-produce liquid fuels andsuch advanced technologies are currently beinginvestigated in research and pilot plants.生物质气化原理•氧化Oxidation:C+O2→CO2+392.5kJ2C+O2→2CO+221.34kJ2CO+O2→2CO2+565.94kJ2H2+O2→2H2O+483.68kJCH4+2O2→CO2+2H2O+890.36kJ •碳气化Boudouard:C+CO2→2CO-172.43kJ•水煤气Water gas reaction: C+H2O(g)→CO+H2-131.72kJC+2H2O(g) →CO2+2H2-90.17kJ•水煤气变换Water-gas shift reaction: CO+H2O(g) →CO2+H2+41.13kJ•水蒸气重整Steam reforming:CH4+H2O(g) →CO+3H2-205.9kJCH4+2H2O(g) →CO2+4H2-164.7kJ •CO2重整CO2reforming:CH4+CO2→2CO+2H2-247.0kJ•加氢重整H2 reforming:CO+3H2→CH4+H2O+205.9kJ•甲烷化Methanation:C+2H2→CH4+74.6kJ气化过程•Process of gasification热解过程反应动力学温度对热解产物分布的影响气体产量与气相滞留时间的关系氧化（燃烧）过程受燃烧温度和燃烧时间、颗粒大小控制还原过程气固反应增加温度与减少压力有利于反应向右进行以C+H2O(g)→CO+H2-131.72kJ；C+2H2O(g) →CO2+2H2-90.17kJ为例400℃几乎不反应，反应速率低于700℃缓慢，800℃以上明显增加温度低于700℃有利于CO2的生成温度越高有利于CO和H2的生成三个过程对比平衡分析•化学反应平衡常数–与反应温度和反应压力有关反应平衡状态随温度变化趋势C+CO2→2CO-172.43kJ当反应温度小于850°C时，其逆反应速度很快，因此二氧化碳很难还原为一氧化碳；当反应温度高于850°C时，则还原反应生成的一氧化碳迅速增加；当温度升高到1200°C以上时，相比之下逆反应速度极为缓慢，二氧化碳则可基本上全部还原为一氧化碳。
生物质气化技术课件
QDW
riQDW ,i
結束放映
编辑ppt
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
結束 放映
目錄
编辑ppt
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
結束放映
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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。
生物质气化联产电、炭、肥、热冷技术的集成创新及产业化ppt课件
中国计划2030年左右二氧化碳排放达到峰值且将努力早 日达峰，并计划到2030年非化石能源占一次ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ源消费比重提高 到20%左右。因此优化能源结构、减排技术创新、减少来自煤炭 的排放至关重要，这将带动新的零碳和低碳技术的发展和推广。
焚烧秸秆导致雾霾 引起高速车祸发生 2012年6月12日，新闻30分报道
生物质气化联产电、炭、肥、热 （冷）技术的集成创新及产业化
主要内容
一、研究背景简介 二、生物质气化简介 三、生物气化发电联产炭、肥、热（冷）工程案例 四、生物气化多联产产品的应用前景
一、研究背景简介
绿色、环保、节能、减 排、新能源、肥料和农药减量！
2014年11月12日，中美双 方签署的《中美气候变化联合 声明》，其中美国计划于2025 年实现在2005年基础上减排 26%-28%的全经济范围减排目标 并将努力减排28%。
4、技术集成创新点：
南京林业大学经过近十多年的长期探索与研究，针对传统 的生物质气化技术的种种问题，提出了基于“生物质气化多联 产技术”的创新发展理念，实现了“生物质气化多联产技术” 的先进性、经济性、环保性并使生物质的利用完全符合绿色、 循环的可持续发展目标，主要创新点如下： （1）经济效益和环境效应好。 （2）针对以上问题，我们创新性的提出由生物质热燃气—蒸汽联 合循环发电系统，采用了热燃气（未经过气液分离）直接烧锅 炉的蒸汽轮机发电模式。 （3）直接解决了生物质燃气净化和焦油的两大气化技术难题。 （4）有效的解决了生物质气化发电的经济性、规模性（单机可达 3MW、6MW、9MW甚至更大）、自动化及系统的可靠性、稳定性和 标准化等问题。
背景：中国的肥料（产
量、用量最大、利用率最 低）我国肥料的使用效率 不到30%。（N29、P13、 K16） ，化肥的过量使用 导致我国耕地退化、污染 及水污染等。实施化肥使 用量零增长已到了迫不得 已的行动了。
焚烧秸秆导致雾霾 引起高速车祸发生 2012年6月12日，新闻30分报道
生物质气化联产电、炭、肥、热 （冷）技术的集成创新及产业化
主要内容
一、研究背景简介 二、生物质气化简介 三、生物气化发电联产炭、肥、热（冷）工程案例 四、生物气化多联产产品的应用前景
一、研究背景简介
绿色、环保、节能、减 排、新能源、肥料和农药减量！
2014年11月12日，中美双 方签署的《中美气候变化联合 声明》，其中美国计划于2025 年实现在2005年基础上减排 26%-28%的全经济范围减排目标 并将努力减排28%。
4、技术集成创新点：
南京林业大学经过近十多年的长期探索与研究，针对传统 的生物质气化技术的种种问题，提出了基于“生物质气化多联 产技术”的创新发展理念，实现了“生物质气化多联产技术” 的先进性、经济性、环保性并使生物质的利用完全符合绿色、 循环的可持续发展目标，主要创新点如下： （1）经济效益和环境效应好。 （2）针对以上问题，我们创新性的提出由生物质热燃气—蒸汽联 合循环发电系统，采用了热燃气（未经过气液分离）直接烧锅 炉的蒸汽轮机发电模式。 （3）直接解决了生物质燃气净化和焦油的两大气化技术难题。 （4）有效的解决了生物质气化发电的经济性、规模性（单机可达 3MW、6MW、9MW甚至更大）、自动化及系统的可靠性、稳定性和 标准化等问题。
背景：中国的肥料（产
量、用量最大、利用率最 低）我国肥料的使用效率 不到30%。（N29、P13、 K16） ，化肥的过量使用 导致我国耕地退化、污染 及水污染等。实施化肥使 用量零增长已到了迫不得 已的行动了。
【PPT】生物质气化发电技术(精)
形成NO2 水洗SCR等 堵塞、难以燃 裂解、除焦 烧 、水洗 水洗化学反 腐蚀污染 应法
•燃气高温过滤 •燃气除焦技术：
焦油裂解
水洗除焦：同时有除焦、除尘和降温三方面的效果 静电除焦 ：除尘、除焦效率高，一般达98%以上
结论 (1) 生物质气化技术是一项较新的技术，其技术目 前还不很成熟，还有许多方面需要完善 ； (2) 流化床生物质气化炉比固定床生物质气化具有 更大的经济性，应该成为我国今后生物质气化研究的 主要方向； (3) 与欧美国家相比，目前我国生物质气化还是以 中小规模、固定床、低热值气化为主，利用现有技术， 研究开发经济上可行、效率较高的系统，是目前发展 我国生物质气化发电技术的一个主要课题，也是我国 能否有效利用生物质的关键。
生物质气化发电技术
意义
工作原理
流程与主要设备 关键技术
意义
•处理农业废料
•减少CO2及SO2、 NOx等污染气体的排放
工作原理
生物质气化发电技术的基本原理是把生物质转化为 可燃气，再利用可燃气推动燃气发电设备进行发电。
气化发电过程包括三个方面
•生物质气化 •气体净化 •燃气发电
流下吸式 鼓泡流化床 适应不同形状尺 大块原料不 原料尺寸控制较 原料适应 寸原料、含水量 经预处理可 严，需预处理过 在15-45%间可 直接使用。 程。 性 稳定运行。 燃气特点 H 2和CnHm含量 少，CO 2含量 高，焦油含量 高，需要复杂净 后处理过 化处理。 程的简单 性 设备实用 生产强度小。 性、单炉 生产能力 结构简单、加工 、结构复 制造容易 杂程度、 制造维修 费用 H 2含量增加 。焦油经高 温区裂解， 含量减 少。 与直径相同的固 定床比，产气量 大4倍，焦油较 少，燃气成分稳 定，后处理过程 简单。
第三章生物质的热解气化ppt课件
3
3.1气化的基本原理
气化的基本原理
为了清楚的描述气化过程，我们将以上吸式固定床气化炉（如图所示） 为例 ，具体分析生物质的气化过程。
1.生物质的干燥
在气化炉的最上层为干燥区，从上面
加入的生物质燃料直接进入到燥区湿物
料在这里同下面三个反应区生成的热气
体产物进行换热，使原料中的水分蒸发
出去，生物质物料由含有一定水分的原
气体热值是指单位体积气体燃料所包含的化学能。 气体燃料的低值简化计算公式为：
8
3.1气化的基本原理
4.气化效率 气化效率是指生物质气化后生成气体的总热量与气化原料的总热量
之比。它是衡量气化过程的重要指标。
5.热效率 热效率为生成物的总热量与总耗热量之比。
6.碳转换率 碳转换率是指生物质燃料中的碳转换为气体燃料中的碳的份额。即
当然，在裂解反应中还有少量烃类物质的产生。裂解区的主要产物 为炭、氢气、水蒸气、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、焦油及其他烃类物 质等，这些热气体继续上升，进入到干燥区，而炭则进入下面的还原区 3.还原反应
在还原区已没有氧气存在，在氧化反应中生成的二氧化碳着这里同 炭及水蒸气发生还原反应，生成一氧化碳和氢气。由于还原反应是吸热 反应，还原区的温度也相应降低，约700-900度，其还原反应方程式为：5
6
3.1气化的基本原理
在氧化区进行的均为燃烧反应，并放出热量，也正是这部分反应热 为还原区的还原反应、燃烧的裂解和干燥提供了热源。在氧化区中生成 的热气体（一氧化碳和二氧化碳）进入气化炉的还原区，灰则落入下部 的灰室中。
通常把氧化区及还原区合起来称作气化区，气化反应主要在这里进 行；而裂解反应及干燥区则统称为燃料准备区或叫做燃料预处理区。这 里的反应是按照干馏的原理进行的，其载热体来自气化区的热气体。
3.1气化的基本原理
气化的基本原理
为了清楚的描述气化过程，我们将以上吸式固定床气化炉（如图所示） 为例 ，具体分析生物质的气化过程。
1.生物质的干燥
在气化炉的最上层为干燥区，从上面
加入的生物质燃料直接进入到燥区湿物
料在这里同下面三个反应区生成的热气
体产物进行换热，使原料中的水分蒸发
出去，生物质物料由含有一定水分的原
气体热值是指单位体积气体燃料所包含的化学能。 气体燃料的低值简化计算公式为：
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3.1气化的基本原理
4.气化效率 气化效率是指生物质气化后生成气体的总热量与气化原料的总热量
之比。它是衡量气化过程的重要指标。
5.热效率 热效率为生成物的总热量与总耗热量之比。
6.碳转换率 碳转换率是指生物质燃料中的碳转换为气体燃料中的碳的份额。即
当然，在裂解反应中还有少量烃类物质的产生。裂解区的主要产物 为炭、氢气、水蒸气、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、焦油及其他烃类物 质等，这些热气体继续上升，进入到干燥区，而炭则进入下面的还原区 3.还原反应
在还原区已没有氧气存在，在氧化反应中生成的二氧化碳着这里同 炭及水蒸气发生还原反应，生成一氧化碳和氢气。由于还原反应是吸热 反应，还原区的温度也相应降低，约700-900度，其还原反应方程式为：5
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3.1气化的基本原理
在氧化区进行的均为燃烧反应，并放出热量，也正是这部分反应热 为还原区的还原反应、燃烧的裂解和干燥提供了热源。在氧化区中生成 的热气体（一氧化碳和二氧化碳）进入气化炉的还原区，灰则落入下部 的灰室中。
通常把氧化区及还原区合起来称作气化区，气化反应主要在这里进 行；而裂解反应及干燥区则统称为燃料准备区或叫做燃料预处理区。这 里的反应是按照干馏的原理进行的，其载热体来自气化区的热气体。
第三章生物质的热解气化ppt课件
3.1气化的基本原理
还原区的主要产物为一氧化碳、二氧化碳和氢气，这些热气体同氧化区 生成的部分热气体进入上部裂解区，而没有反应完的炭则落入氧化区。 4.氧化反应
气化剂由气化炉的底部进入，在经过灰渣层时与热灰渣进行换热， 被加热的热气体进入气化炉底部的氧化区，在这里同炽热的炭发生燃烧 反应，生成二氧化碳，同时放出热量。由于是限氧燃烧，氧气的供给是 不充分的，因而不完全燃烧反应同时发生，生成一氧化碳，同时也放出 热量。在氧化区，温度可达到1000-1200度，反应方程式为：
生物质气化采用的技术路线种类繁多，可从不同的角度对其进行分 类。根据燃气生产机理可分为热解气化和反应性气化，其中后者又可根 据反应气氛的不同细分为空气气化、水蒸气气化、氧气气化、氢气及其 这些气体的混合物的气化。根据采用的气化反应器的不同又可分为
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3.1气化的基本原理
固定床气化、流化床气化和气流床气化。另外，还可以根据气化规模的 大小、气化反应压力的不同对气化技术进行分类。在气化过程中使用不 同的气化剂、采取不同的运行方法以及过程运行条件，可以得到三种不 同质量的气化产品气。三种类型的气化产品气有着不同的热值(CV)：低 热值(LowCV)4～6MJ／Nm3(使用空气和蒸汽／空气)；中热值 (MediumCV)l2～18MJ／Nm3(使用氧气和蒸汽)；高热值(HighCV)40MJ／ Nm3(使用氢气或者是氢化)。
生物质能工程，32学时
3 生物质的热解气化
王孝强
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3.1气化的基本原理
20世纪70年代，Gahly等首次提出了将气化技术用于生物质这种含能 密度低的燃料。生物质气化是生物质转化过程最新的技术之一。生物质 原料通常含有70℃～90℃挥发分，这就意味着生物质受热后，在相对较 低的温度下就有相当量的固态燃料转化为挥发分物质析出。由于生物质 这种独特的性质，气化技术非常适用于生物质原料的转化。不同于完全 氧化的燃烧反应，气化通过两个连续反应过程将生物质中的碳的内在能 量转化为可燃烧气体，生成的高品位的燃料气既可以供生产、生活直接 燃用，也可以通过内燃机或燃气轮机发电，进行热电联产联供，从而实 现生物质的高效清洁利用。生物质气化的一个重要特征是反应温度低至 600～650℃，因此可以消除在生物质燃料燃烧过程中发生灰的结渣、团 聚等运行难题。
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3. 还原反应
生物质燃气中的可燃气体成分主要通过还原反应产生。 还原反应所需的温度通常在900℃以上。气化过程中发生的还 原反应主要包括以下2类反应：
（1）二氧化碳还原反应
C+CO2 2CO，ΔH = +162.142kJ/mol
（2）水蒸汽还原反应
C+H2O(g) CO＋H2，ΔH = +118.628kJ/mol C+2H2O(g) CO2＋2H2，ΔH = +75.114kJ/mol
99.8 99.8 89.0 89.0 90.2 78.0 67.0 67.0
炉内温度 (℃) 810 724 550 600 670 450 550 560
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热值 (MJ/m3)
11.98 11.97 11.53 11.80 12.25 10.58 10.56 10.69
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3. 水蒸汽气化
水蒸气气化是指以水蒸气作为气化剂在高温下同生物质发 生反应产生生物质燃气的工艺。
干燥 热裂解反应 氧化反应 还原反应
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1. 干燥
进入气化炉的生物质原料首先被加热，在热 量的作用下，原料所携带的水分被蒸发析出。此 时原料所处的温度环境大约为100～150℃，在 该温度范围内并没有化学反应的发生，只有原料 的干物质与水分分离过程，因此这是一个物理过 程。
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2. 热裂解
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气化产物
不论通过哪种转化途径，生物质经过气化后主要生 成以下三类物质：
1.气体：包括CO、H2、CH4等可燃成分，CO2、H2O 等不可燃成分，以及气化剂携带的没有参与反应的气 体，如N2等。 2.液体：主要指焦油。
3.固体：主要为炭以及原料所携带的一些惰性组分。
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§2 气化原理
气化反应过程：
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2. 氧气气化
与空气气化相比，氧气气化的特点表现在以下2个方面：
燃气热值高，可达15MJ/Nm3 使气化反应设备容积减小
实际应用过程中生物质氧气气化工艺多采用富氧气化。富 氧气化就是通过提高空气中氧的体积分数来降低气化介质中N2 的体积分数。
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2. 氧气气化
氧气浓度 (%) Biomass
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4. 超临界水气化
超临界水指温度和压力处于临界点以上的水，水的临界温 度和压力分别为374℃和22MPa。
超临界水是具有强扩散和传输能力的均质非极性溶剂，能 溶解各种有机化合物和气体。生物质超临界水气化正是利用 了其良好的传输能力和溶解能力。
由于水和有机成分的混合不存在界面传输限制，所以化学 反应的效率很高，在气化模型物的过程中原料的气化效率超 过99%，所产燃气中H2的体积含量高达50%。
CO+H2O(g) CO2＋H2，ΔH = + 43.514kJ/mol
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4. 氧化反应
氧化反应是指在气化剂中氧气的作用下原料中的碳发生的 完全和不完全燃烧反应。在气化炉的氧化反应区，温度可高 达1000～1200℃。反应方程式如下：
C + O2 CO2，ΔH = －408.177kJ/mol
2C + O2 2CO，ΔH = －246.034kJ/mol
按温度可将热解分为低温热解(600℃以下)，中温热解(600～ 900℃)和高温热解(900℃以上)。根据热解过程的原料停留时 间和升温速率，热解可分为：常规热解(Conventional pyrolysis)、快速热解(Fast pyrolysis)和闪解(Flash pyrolysis)。
燃气的H2 /CO 较高，这些是水蒸气气化工艺优于空气气化工艺之处。
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4. 超临界水气化
超临界水气化是利用超临界水可溶解多数有机物和气体， 而且密度高、粘性低、运输能力强的特性，将生物质高效气 化，产生高含H2燃气的气化技术。因此超临界水气化被认为 是一种生物质气化产氢的新方法。Modell M.(1985)发现了超 临界水对有机废弃物能高效转化的现象，随后一些研究者开 展的有关纤维素在超临界水中分解的动力学研究进一步印证 了这一现象。近年来生物质超临界水气化已成为了一个热点 研究领域。
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5. 热解气化
热解气化，又称干馏气化，是指生物质在隔绝空气或提供极 有限的空气的条件下加热后进行裂解反应的气化过程。也可 描述成生物质的部分气化。
热解气化的突出优点是产生的燃气热值较高，约15MJ/Nm3左 右，其缺点是气体产出率较低，产生的燃气中焦油含量很高。
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5. 热解气化
第四讲 气体生物燃料技术 (二）生物质气化气
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§1 基本概念
气化：在气化剂的作用下固态或液态碳基材料 通过热化学反应转化成可燃气体的过程。
美国能源环保署对生物质气化做了如下定义：一种通过 生物质的化学转化生产合成气或燃料气的技术，该化学 转化过程通常包括在空气或水蒸气存在情况下以及还原 气氛条件下生物质原料发生的局部氧化反应。
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§3 气化工艺
热解气化
工 艺 类 型
气化剂气化
空气气化
氧气气化
水蒸气气化
水蒸汽－氧气混合气化
氢气气化
超临界水气化
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1. 空气气化
气化过程中，空气为生物质的氧化反应，即燃烧过程提供 氧气，氧化反应为还原反应提供热量和反应物，通过还原反 应产生生物质燃气。
空气气化特点：
运行成本低 燃气热值低，通常在5MJ/Nm3左右 燃气中焦油含量高 存在原料结渣问题
热裂解产生的挥发分是一种非常复杂的混合气体，至少包括 数百种碳氢化合物，有些可以在常温下被冷凝成液体，即焦 油，不可冷凝气体则可直接作为气体燃料使用。
生物质 H2＋CO＋CO2＋H2O＋CH4＋CnHm＋焦油＋炭+…… 作为一种复杂混合物，一部分焦油成分还会继续发生二次裂解反应， 如下式： 焦油 H2＋CO＋CO2＋……
反应类型 BoudHale Waihona Puke uard反应非均相水气转换反应
水气转换反应 甲烷化反应 蒸气重整反应
反应式
C+CO2 2CO C+H2O CO＋H2 C+2H2O CO2＋2H2 CO+H2O CO2＋H2 C+2H2 CH4 CH4＋H2O CO+3H2
水蒸气气化所产燃气中H2含量高，燃气热值高，可达16～19MJ/Nm3；
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4. 超临界水气化
原料
温度 (℃)
锯末/CMC 650
锯末/玉米秆 600
木材
450
陈化粮
400
日本橡木 350
压力 (MPa)
25
催化剂 无
H2(%)
气化效率 (%)
21.0
93.8
34.5
C
57.0
98
25
无
30.0
90
13.8-34.5
Ni
4.7
74.9
18
Ni/Na2CO3 47.2