北京市科技计划课题实施方案（定稿）-20091125 - 图文(3)

1、课题任务： 以为新农村农民提供方便、洁净、安全、经济的生物燃气以及技术面向全国推广应用为核心目标，解决目前生物燃气生产和应用过程中存在的关键瓶颈问题，有效支撑市委、市政府“镇镇通燃气”以及科技北京等工作部署。 （1）开展现有秸秆气化炉和秸秆气化除焦油工艺的研究，找出焦油形成的主要因素，并研究解决办法，在此基础上形成秸秆气化的新工艺，研究和提出新型气化炉的标准和秸秆气化除焦油工艺新标准，开发出适合该新工艺的新型气化炉。 （2）同时，对现有停运的气化炉进行改造，在原有的工艺基础上，一定程度上降低焦油在可燃气中的所占的比例，降低能源消耗，提高所产燃气的燃气热值，降低氮气在可燃气体中所占的比例。 2、课题目标： （1）形成秸秆造气的新工艺，开发出适合该新工艺的新设备，应用于大中型气化改造示范工程，提出一套新型气化炉的标准和秸秆造气除焦油工艺新标准。形成的新型气化炉的连续工作时间延长到1－2年，降低能耗20%－30%，增加20%－30%的燃气热值，燃气中的焦油（C5+）降低80%。 （2）对现有停运的气化炉进行改造，在原有的工艺基础上，降低焦油在可燃气中的所占的比例40%，使基本停运的气化系统得以正常运转。 3、考核指标： （1）新型气化炉与现有的气化炉相比较降低能耗20%－30%；增加20%－30%的燃气热值；所产燃气中焦油含量降低80%；整个系统可连续操作1－2年； （2）提出新型气化炉产品标准及“秸秆气化除焦油工艺”技术标准； （3）与现有技术相比，产生的燃气中的焦油含量降低30%。 （4）申报相关专利5项以上。 四、课题研究开发内容 1、秸秆气化除焦油工艺 11

纤维素、水、木质素O2、N2气化炉CO、CO2 、C1-C5、N2、H2OC5+焦油焦炭灰分（未燃物/不可燃烧物） （1）研究原料粉碎粗细程度对燃料气性质的影响：现有的秸秆粉碎设备只能对原料进行粗略的加工，这样的加工无法使主要反应物秸秆达到其最适宜的反应接触面积。从而使其造气的主反应转化率降低，而生成小分子烯、炔烃的反应转化率高。这些小分子烃类在高温下的聚合、环化反应就可以生成焦油，堵塞系统管道。准备考察相同条件下，不同粗细程度的秸秆进料之直接燃烧所产生气体组分的物质构成，得到最适宜的秸秆粉碎度以获得气化率的最大化。 （2）研究温度对焦油热裂解性质的影响：准备对不同温度对秸秆造气过程中所产焦油的裂解特性进行单一变量实验。据此得到热裂解率最高的反应温度，并对该温度下对应的裂解产物及产量加以分析。 （3）研究压力对焦油热裂解性质的影响：准备考察相同条件下，改变体系压力对秸秆造气过程中所产生的焦油的裂解特性的影响。期望得到未来工艺的适宜裂解压力并对裂解产物及产量加以分析。 （4）研究炉内温度对所产焦油性质的影响：通过对进出气化炉的物质进行分析，可以发现，进料中的纤维素中O元素含量较高，但是由于反应过程中温度较高，纤维素中的C—O键不断断裂，游离的O原子又与产生的可燃气H2反应生成水，同时高温下，更加有利于聚合、环化这样生成焦油的反应的进行。由此可见，炉内过高的温度在降低气化效率的同时也提高整个系统焦油含量。准备考察相同条件下，不同气化炉温度对出炉气体中所携带焦油的含量的影响，并对焦油的构成及产量进行分析，最终得到新型气化炉的适宜气化温度。 （5）研究炉内压力对所产焦油性质的影响：准备对不同压力下炉内压力对所产焦油的性质进行单变量实验。据此得到最佳炉内压力，以实现气化率最大化。 （6）研究气化炉结构对气化过程所产焦油性质的影响：据调查，现有秸秆造气炉大部分采用直接燃烧造气方式，该方式虽然较为简便，但是由于鼓入空气携带的大量N2带走大量热，这不利于秸秆的造气反应，而有利于一些副产焦油的反应发生。 12

现有秸秆气化流程中，气化炉出口气体先经过冷却设备冷却，再进入除焦油设备。由此分析，冷却系统的燃气不但需要大量冷却水进行冷却，且出冷却系统的燃气也携带了大量的水分，这样的燃气进入除焦油设备必然导致设备效率低下，最终导致了焦油在管道内的累积。本项目准备通过研究，研制一种新型的气化炉。 （7）研究气化炉结构对系统气化率的影响：气化炉出口温度仍然较高，在这样的高温下，大部分焦油分子主要以气态存在，旋分只能将少部分以液态形式存在的焦油分子与燃气进行分离，而对其余焦油分子无能为力，这部分焦油分子夹杂在燃料气中，随着温度的降低，慢慢的沉积在输气管道上，造成了堵塞。准备对新炉型与旧炉型在相同条件下反应所得可燃气体产率进行分析，并综合其所产焦油数据，进行对比筛，最终获得新炉型的优化指标。 （8）研究温度对气化过程副产酸性气体性质的影响：准备在相同条件下，通过分析不同气化炉温度下，气化过程副产酸性气体的性质。据此得到温度与副产酸性气体性质之间的一些规律。 （9）研究压力对气化过程副产酸性气体性质的影响：准备对气化炉炉压对气化过程副产的酸性气体性质进行评价分析。并综合温度的影响，对不同反应条件下的酸性气体对管道的腐蚀程度作出评价。 （10）研究秸秆量/进气量对气化过程焦油产量及气化率的影响：准备考察不同秸秆量/进气量条件下，气化过程所副产焦油的量，以及它对秸秆气化率的影响，为未来的新工艺流程提供可靠的优化数值。 2.改造工艺、新工艺与现有工艺效果比较: 表1 新技术、改造技术与现有技术有关指标比较 秸秆裂解率（m%） 秸秆有氧燃烧率（m%） 现有技术 40.3% 59.7% 新技术 59.6% 40.4% 改造技术 50.7% 49.3% 对于新技术与改造技术，由于对换热系统增设或改造，能量利用更加充分，从而降低了进料秸秆中发生有氧燃烧的量，进而增加了秸秆的裂解量，秸秆裂解量的提高导致燃气产量和燃气热值的增加。 13

表2 新技术、改造技术与现有技术裂解产物组成对比 物质 N2 29.0% CO 18.2% 19.5% 15.2% H2 7.1% 7.0% 8.5% CO2 18.1% 17.0% 15.4% O2 0.6% 0.8% 1.0% CH4 C2H4 C3H6 C15 9.7% 6.3% 2.4% 9.1% 4.5% 1.2% 3.3% 2.2% 0.6% 2.5% 1.6% 2.0% C25 2.4% 2.1% 2.0% 组成（新技术）V% 组成（改造技术）39.0% V% 组成（现有） V% 51.7% 随着秸秆裂解量的提高，裂解气中小分子可燃烃的产率都将提高，这些可燃物产率的提高可以大幅增加整个燃气系统燃气热值。若以1Nm燃气计算，新技术所产燃气热值为9182KJ，改进技术所产燃气热值8342KJ，而现有技术所产燃气热值为6846KJ，燃气热值分别提高34.1%、21.9%。 3五、课题技术路线与实施方案 （一）、秸秆气化过程中焦油处理新工艺研究 空气搅笼急冷换热气化裂解设备油气分离系统吸收稳定系统用户气罐除酸除臭器秸秆气化除焦油新工艺示意图1.技术特点： 1) 急冷技术：将气化裂解设备中产出来的高温混合气体，急速冷却，使部分的遇冷 14

凝液返回至气化裂解设备中；这个措施大幅度的降低了后面混合气体产物堵塞管道的可能性，同时减少了混合气体中烯烃发生聚合反应的几率，增加了混合气体中的C1~C4含量，减少了焦油的生成； 2) 换热技术：将送入气化裂解的空气和原料，同气化裂解设备顶部产出的高温混合气体进行换热，降低了热损失，能量利用率大幅度增加，同时提高了秸秆裂解率，降低了秸秆有氧燃烧率，大幅度的增加了可燃气体的燃烧热值； 3) 油气分离技术：将混合气体通过油气分离系统分离出气体和焦油，将焦油从混合气体中分离出来；这样大幅度的降低了混合气体中焦油的含量，同时为下一步的吸收稳定系统提供了优质的吸附剂 …… 此处隐藏：2364字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……