生物质化学链气化实验研究文献综述

 2022-10-28 10:10

文献综述(或调研报告):

近年来,有许多学者,研究人员从事生物质化学链技术的实验研究,得到了许多宝贵的实验数据与结论,对该技术的发展做出了自己的贡献。

  1. 化学链技术简介

1983年Richer首次提出化学链燃烧(chemicallooping combustion,CLC)技术,因为该技术是一种能降低热电厂气体燃料燃烧过程熵变,从而提高能源效率的新型燃烧工艺,所以引起研究者们的广泛关注。

化学链燃烧把传统的燃烧分解为两步化学反应,在两个反应器中进行:燃料反应器(还原反应器)和空气反应器(氧化反应器)。载氧体是参与反应、传递氧的介质,在燃料反应器中与燃料气体发生还原反应,还原后的产物在空气反应器中与空气中的氧气发生氧化反应,两步结合即为完整的燃烧反应。

近年来随着对化学链技术(chemical-looping technology,CLT)认识的不断深入,逐渐发展出化学链气化(chemical-looping gasification,CLG)技术、化学链制氢(chemical-looping hydrogen generation,CLHG)技术、化学链部分氧化(chemical-looping partial oxidation,CLPO)技术和化学链重整(chemical-looping reforming,CLR)技术。

CLC技术可使用气体燃料(如天然气、合成气、H2、固体有机质气化产物等)和固体燃料(煤、生物质、城市垃圾等)作为原料。其中气体燃料更利于CLC系统的实现,但需要额外的气化炉而导致设备和操作成本显著提高。而采用固体燃料直接作为原料,不仅可提高能源效率外,而且可使整个燃料的脱碳几乎完全实现。因此,现阶段CLC技术在原料选择上的趋势是以气体原料为主向煤炭甚至生物质等固体原料进料方向发展。

基于未来能源的可持续发展考虑,可以以生物质作为CLT的原料。生物质是一种相对稳定的可再生资源,长远看是化石燃料的可靠替代。现阶段,生物质能的系统利用技术相对成熟,转化利用方式主要分为直接燃烧技术、热化学转化和生物化学转化(气化和液化)等,但如何提高生物质的转化效率一直是困扰业界的关键问题。

  1. 生物质的CLC

简单的生物质CLC燃烧系统主要由空气反应器、燃料反应器、氧载体组成,主要生成产物为和。由于在CLC过程中可同时发生CLG反应,因此产物中尚有、及生物焦等。

沈来宏等研究了Fe基载氧体的生物质化学链燃烧中燃料反应器温度、生物质进料量和水蒸气量参数对反应的影响。以为载氧体, 在10 kWth 级串行流化床上进行了生物质化学链燃烧。在该实验条件下,较高的反应器温度虽然有助于速控步(即气化反应)的进行, 但是受载氧体的载氧率和颗粒循环速率的影响反而不利于 捕集。随着生物质进料量的增加, 燃料反应器需氧量的上升, 不利于燃料反应器 的捕集。而水蒸气量的增加有利于燃料反应器的捕集, 但是同时也导致的出现。同时在连续试验过程中, 采用机械混合法制备的70 %载氧体展现出良好的持续循环能力, 表明它是较为适宜的生物质化学链燃烧的载氧体。

  1. 生物质制合成气

生物质通过CLC技术来获得以和为主要成分的合成气,可继续生产包括甲醇、费托合成油在内的诸多下游产物,因此,生物质通过CLC技术制合成气方案越来越得到重视。

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