中藥渣類生物質熱解氣化及焦油氧化重整過程研究.pdf

1、中藥渣是中藥制備過程中所產生的廢棄物，是一種典型的工業(yè)生物質，具有產量大、排放集中等典型特點，適于規(guī)?；⒓谢拈_發(fā)利用，初始含水率一般在70％以上，且易變質腐爛對環(huán)境造成污染，目前尚沒有有效的處理利用方式。采用氣化技術可以將中藥渣規(guī)模化轉化為清潔燃氣，既能夠實現(xiàn)藥渣的處理轉化，同時生產的綠色能源對于降低溫室氣體排放具有重要意義。本文以中藥渣為原料，重點研究中試規(guī)模氣化過程參數(shù)特性，求解物質和能量守恒過程，并耦合流化床與焦油氧化重整技

2、術，提出新型兩段式低焦油熱解氣化結構模型，采用CFD數(shù)學模型對流化氣化和焦油裂解轉化過程進行模擬，為中藥渣低焦油熱解氣化技術提供技術理論支撐。
　　 首先針對煎煮后的中藥渣，對其化學組成進行分析，并進行高溫熱解特性試驗，求取物質生成規(guī)律，解析半焦與焦油的物質構成。研究發(fā)現(xiàn)高溫環(huán)境有利于燃氣的生成，焦油則在500℃左右生成率最高，進一步提高溫度會造成焦油產率的降低，半焦產率則隨溫度升高而不斷降低。中藥渣熱解產生的半焦粒徑主要集中在

3、1.5-3.5 mm之間，且粒徑隨溫度升高而逐漸降低，其組成成分主要由揮發(fā)份、固定碳和灰分構成，其中灰分包含具有催化作用的金屬氧化物，半焦顆粒呈現(xiàn)多孔結構，因而焦油具有吸附和催化的作用。焦油主要由環(huán)狀有機化合物構成，其中含量最多的是萘、苯和苯酚，其中酚類和苯類單環(huán)衍生物有機物在高溫環(huán)境下易于斷裂轉化，隨溫度升高質量分數(shù)逐漸降低。
　　 深入研究了中藥渣流化氣化特性，歸納氣化產物隨當量比(ER)、原料濕度、蒸氣進給量(S/B)的變

4、化規(guī)律，并對物質和能量平衡進行了研究分析。研究發(fā)現(xiàn)氣化反應過程受ER的影響較大，ER直接決定反應器內的溫度，當ER小于0.26時，氣化效率隨ER增加而不斷增加，當ER大于0.26后，燃燒反應增強會降低CO和H2的產率，并使大量N2進入，從而使氣化效率下降。藥渣的濕度大于20％后，水蒸氣的揮發(fā)會迅速降低爐內反應溫度，進而導致燃氣的整體品質下降，氣化效率也隨之下降。水蒸氣供給對于改良爐內的反應過程具有一定作用，尤其是可以促進H2的生成，但會

5、導致CO體積濃度的降低，但碳轉化率始終處于較高的水平。
　　 基于歐拉-拉格朗日模型，構建了生物質流化床氣化CFD模擬方法，獲取了顆粒流化運動和氣化反應過程規(guī)律，并對模型進行了校核驗證。結果發(fā)現(xiàn)CO和H2主要是揮發(fā)份氣化反應的產物，濃度分布逐漸沿Y軸方向逐漸增加，CH4則受反應溫度影響較為明顯，在原料裂解反應區(qū)具有較高摩爾分數(shù);焦油在原料入口處快速熱解產生，并在氣化爐入口偏上高溫區(qū)域發(fā)生大量二次裂解反應，濃度迅速降低。調整當量比

6、和水蒸氣供給，模擬結果與實驗值具有良好的一致性，證實CFD模型對于H2、 CO、CH4和CO2及焦油的生成具有良好的預測作用。
　　 基于流化床快速熱解和焦油裂解重整轉化，構建焦油氧化重整試驗模型，并對重整反應器氣化劑進給系統(tǒng)進行創(chuàng)新設計，以實現(xiàn)在較小氣化劑進給的條件下焦油高效裂解，獲取低焦油燃氣。研究發(fā)現(xiàn)上下兩層氧氣進給的比率為2∶1時，上層氧氣大量供給實現(xiàn)焦油的高效燃燒，并與下層氧氣結合，在下層喉口以下位置發(fā)生高效重整反應。

7、氧氣的進給量是影響系統(tǒng)反應過程的決定性因素，當ER值為0.25時，即可實現(xiàn)粗燃氣中焦油的全部裂解轉化。水蒸氣同樣對于焦油裂解和燃氣重整反應具有重要影響，水蒸氣的氛圍可有效促進焦油與水蒸氣的重整裂解，當ER=0.15時，S/B值達到0.2即可實現(xiàn)焦油的產率小于1.5％。
　　 針對焦油氧化裂解和燃氣重整過程，選取苯、萘和苯酚作為典型模化物，構建CFD數(shù)學模型，直觀反映過程中的物質能量轉化過程。結果顯示采用雙層喉口結構，結合雙層氧氣