生物质气化制氢(增压串行流化床生物质气化制取代用天然气的模拟)

1.1数值模型的构建建立串联流化床生物质气化替代天然气的模拟流程图(图1)。

生物质气化模型采用串联流化床技术，被认为非常适合生物质制SNG。本文所研究的串联流化床生物质气化系统在如图2号上展示，相应的试验装置位于东南大学教育部能源与热转换及过程测控重点实验室。生物质气化反应器中的主要反应如下：

H2O？一氧化碳H2Ho；Ho=130.414kJ千焦耳/摩尔(1)一氧化碳H2O？CO2 H2Ho；Ho=-42.2 kJ/mol(2)

二氧化碳？2COHo；Ho=172.615 kJ/mol(3)C2 H2？CH4Ho；Ho=-74.9 kJ/mol(4)

CH4 H2O？一氧化碳3H 2Ho；利用HoHo=205.31 kJ/mol(55)的甲烷化过程，使产物气体中的一氧化碳或二氧化碳与H2反应生成甲烷。甲烷化反应器中的主要反应公式如下：

一氧化碳3氢？CH4 H2OHo；Ho=-206千焦/摩尔(6)CO2 4H2？CH4 2H2OHo；Ho=-165 kJ/mol(7)

1.2模型验证当气化反应器温度为737，气化压力为0.1 ~ 1.5兆帕，甲烷化压力为2兆帕时，粗甲烷气组成见表1。与本文模拟值(见表1)相比，模拟值与文献值基本一致，证明该模型可用于研究加压串联流化床中生物质气化替代天然气的过程。

2计算工作条件和输入参数本文计算的生物质原料为江苏省，某地区的稻草，低热值19.513兆焦/千克，含水量14.4%，固定碳64.6%，挥发分15.2%，灰分5.8%，等等。从元素分析的观点来看，它含有40.9重量%的碳、5.0重量%的氢、32.71重量%的氧、0.96重量%的氮和0.15重量%的硫等。

串联流化床中生物质气化替代天然气过程的其他输入值见表2。3结果和分析

3.1 甲烷产率甲烷产率变化规律是指甲烷化反应器产生的甲烷与来自进入的生物质与气化反应器产生的甲烷之比，是生物质气化替代天然气的重要指标之一。

甲烷产率=(8)在给定甲烷化反应器温度(Tm=300)和反应器压力(pm=0.3兆帕)下，当S/B=0.4时，在不同气化压力pg下，气化温度TG和对甲烷产率的影响如如图4所示。从图中可以看出，在不同的气化压力下，对和甲烷产率气化温度的影响呈现出相同的变化趋势，即随着气化温度的升高，甲烷产率增加，当气化温度较高时，对气化压力的影响较小，而甲烷产率基本保持不变。这主要是因为在相同的气化压力下，提高气化温度有利于反应式(1)、(3)和(5)的进行。在相同的气化温度下，随着气化压力的增加，生物质合成气的产率降低，甲烷的产率也降低。但是，当气化温度高于一定值时，气化压力对对生物质合成气产量的影响较小，对甲烷产率的影响也较小

图5显示了当气化温度Tg=750时，在不同气化压力pg下甲烷产率随硫/硼的变化。如图表明，在不同的气化压力下，硫/硼对对和甲烷产率的影响趋势是相似的，即随着硫/硼的增加，甲烷产率先增加后略有减少，在甲烷产率硫/硼的最大值接近0.4，这主要是因为对处于相同的气化压力下，硫/硼的增加意味着从进入到气化反应器的水蒸气量会增加， 与水蒸气相关的反应将加深，即反应式(1)、(2)和(5)将正向进行，合成气的产量将增加，因此随后的甲烷产率也将增加； 然而，当信噪比(S/B)(0.4)进一步增加时，气化份额(即当生物质气化系统实现自热时，进入气化反应器中的生物质占送入整个系统的总生物质的质量百分比)将减少，燃烧份额(1-气化份额)将增加，因此合成气产量将减少，而甲烷产率将反而减少。结果表明，甲烷产率存在一个最大值，但当对处于相同的信噪比时，气化压力的增加并不能提高合成气产率，所以甲烷产率值随气化压力的增加而略有下降。3.2生物量碳转化率的变化

生物质碳转化率是指粗甲烷气中碳含量与送入整个系统的生物质碳含量之比，其定义公式如下：生物质碳转化率=(9)

生物质碳的转化比率越高，转化成为粗甲烷气体的生物质就越多。图5和图6分别示出了不同气化压力下生物质碳在S/B对中的气化温度和转化速率的影响。如图5号实验表明，当S/B为0.4时，在不同气化压力下，碳转化比随着气化温度的升高而逐渐增大，当温度较高时(750)碳比保持较大值(接近100%)，这表明大部分从进入到气化系统的生物质碳变成了转化气。这是因为气化温度对对生物质气化过程有积极影响，随着气化温度的升高，生物质气化过程越来越深，最终影响甲烷化反应。同时可以发现，当气化温度较低时，气化压力的增加不会增加碳转化速率，而当气化温度较高时，气化压力对对碳转化速率的影响不明显。因此，为了获得较高的碳转化速率，气化温度应在750左右，而气化压力应较小。