本发明专利技术涉及用于生物质分解成为小分子气体的定向热力学转化的工艺方法。特点是对于生物质气化的整体过程进行考虑，从进料口进入气化炉开始，到气化炉内反应，直至得到产气。本发明专利技术寻找了各种流化床气化炉的共性，采取“四区域法”，使用本方法适用于各种流化床。本发明专利技术具有普适性强、上手快、实用价值大的优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及可再生洁净能源，确切的说是可再生的生物质高效洁净地转化成洁净能源的工艺方法。
技术介绍
我国需要的石油已依赖进口，随着国民经济的进一步发展，国家面临巨大的能源压力。此外，为了保护生态系统，降低温室效应，也必须尽量减少使用化石能源。研究将太阳能储备最丰富的可再生的生物质高效洁净地转化成洁净能源，实现能源结构地多元化，对于推动可持续发展，保障国家能源安全，具有重要意义。采取热化学方法，使用流化床气化炉对生物质进行气化，是洁净转化生物质能源的一条重要途径。美国等发达国家从20世纪60年代开始集中研究这种方法，希望通过精细控制的干馏和裂解，把木材或秸秆等植物生物质分解成小分子量的化合物，再通过定向的化学反应，转化成CO和H2(合成气)。目前，中科院广州能源所和中国科大生物质洁净能源实验室均已开始这方面的试验研究，山东省、吉林省部分农村地区已经开始使用气化炉。其中，定向的化学反应是问题的关键所在，至今尚未做到很好控制。试验中的摸索一直在进行，但进行试验耗费大量的时间、精力和金钱，试验中各种微小的误差也极大地影响对结果的规律性分析。很多专家开始进行理论分析和数值模拟，Purdy等在1981年针对平滑流化床提出了动态全混模型，Daniele Fiaschi与Marco Michelini提出一个改进后的鼓泡流化床的生物质气化模型，Sadaka提出了腾涌流化床模型的理论基础。我国在该领域的研究相比国际水平而言，尚属空白。
技术实现思路
流化床的种类很多，多数研究者的模拟方法都仅仅面向某一种流化床，适用范围很窄。而且由于生物质气化技术刚刚起步，试验数据缺少的缘故，这些方法的正确性均未得到证实。此外，这些方法均面向专业人士开发，需要较深的数学、物理、化学、流体力学等方面的知识才能掌握，对于大多数工程操作者而言，不具备任何实用价值，仅仅停留在虚拟计算的层面。本专利技术总结各种流化床气化炉共性，可以面向所有流化床气化炉使用。通过检测，本方法对工业生产的模拟结果与实际结果吻合很好，说明了它的正确性与合理性。本方法对于定向气化，提出了有价值的方向性意见。通过本方法，流化床气化炉的操作人员可以检验结果、预测结果、指导反应，进而实现定向气化。实现定向气化后，即可将合成气转化为甲醇、燃料电池等，具有巨大的商业价值，对于我国能源结构调整有巨大意义，使得石油不再成为必需品。目前，国内尚无此类方法，本方法具有独创性。本专利技术的技术方案如下由于流化床气化炉系统非常复杂，对炉内生物质气化过程进行模拟是一项困难的工作。完全地反映出反应炉内的实际情况，需要考虑到涡流、异相反应、生物质颗粒在炉内的分布以及由于炉体的不规则结构带来的复杂的几何问题，这使得模型求解需要解大量的非线性耦合偏微分方程。目前国际上尚无得到普遍认可的模型，主要是因为缺乏足够的实验数据来证实，不同的研究者关注的细节也有所不同。本专利技术主要是对于生物质气化的整体过程进行考虑，从进料口进入气化炉开始，到气化炉内反应，直至得到产气。气化炉内反应复杂，假设一个合理的反应流程非常必要。在本模型中，整个反应流程被虚拟分为四个区。3.1干燥区在本区中，生物质被加热脱水干燥。干燥后的生物质和水蒸气将参加下一个区的反应。以下反应式可以用来描述这个区的反应 3.2热解区在本区中，已干燥的生物质被高温分解为CO、H2、焦碳、焦油等物质。焦炭参加燃烧区的反应，CO和H2参加气化区的反应。焦油被认为不再参加反应，并将在反应结束后被取出气化炉。以下反应式可以用来描述这个区的反应 3.3燃烧区在本区中，焦炭与O2进行反应。假设在本区中进行的是完全燃烧，为全炉的继续反应提供热量。如有残余的未反应的焦炭，将会继续参与气化区的反应。以下反应式可以用来描述这个区的反应 1atm,1073K,ΔrHm,1073KO=-3.376×105J/mol]]>3.4气化区燃烧区中残存的焦炭在本区中与水蒸气进行反应。CO和水蒸气也将进行反应，并达到平衡，平衡时各气体的量就是最终产气的量。以下反应式可以用来描述这个区的反应 1atm,1073K,ΔrHm,1073KO=2.205×105J/mol]]>反应平衡常数lnKa＝-1.48+5.286×106T-2-1.078×104T-1-4.658×10-4T+0.0505lnT 1atm,1073K,ΔrHm,1073KO=-560J/mol]]>反应平衡常数Ka＝(1.303×10-6T+7.17×10-4)T-1.3006通过对这四个区的分析计算，本方法可以适用于生物质元素组分、空气和水蒸气的输入速率以及炉内反应温度等7个反应条件的变换和选取，预测反应结果，得到15个需要获得的值，如产气各组分的量、产气和焦油的热值等。本专利技术优点本专利技术具有普适性强、上手快、实用价值大的优点。普适性强本专利技术寻找了各种流化床气化炉的共性，采取“四区域法”，使用本方法适用于各种流化床。上手快本方法将复杂的物理化学过程、耦合偏微分方程计算等设置在后台，满足专家需要；而采取简单形象的界面，满足多数使用者需要，他们仅需直接输入初始条件，即可预测反应结果，并根据需要的结果来反推反应的初始要求。实用价值大正因为本方法不仅具有普适性、上手快的优点，而且预测结果与试验结构吻合很好，它既可以用来检验实验操作的结果，检查是否有操作失误；又可以预测各种操作条件下，可能的生产结果；进而对工业生产起到指导作用，使得操作人员可以根据自己的需要，提前设置合理的反应条件。附图说明图1为流化床气化炉的结构示意图，图2为各类流化床气化炉炉内组成的示意图。具体实施例方式下面结合附图，对本专利技术做进一步的说明。实施例对于燃烧木屑，每小时通入流化床气化炉100千克，含水量10％，则通入空气24升/小时，水蒸气240千克/小时，使得气化炉内燃烧温度达到800摄氏度，产气热值约3.6兆焦/立方米，产气中氢气量与一氧化碳量比值达2∶1，满足催化合成的要求。通过本方法，可以实现定向气化。参考文献Mark J.Purdy，Riched M.Felder，James K.Ferrell，Ind.Eng.Chem.ProcessDes.Dev.，1981，20675Daniele Fiaschi，Marco Michelini，Biomass and Bioenergy，2001，21121Sadaka Samy S.，Ghaly A.E.，Sabbah M.A.，Biomass and Bioenergy，2002，22439Sadaka Samy S.，Ghaly A.E.，Sabbah M.A.，Biomass and Bioenergy，2002，22463Sadaka Samy S.，Ghaly A.E.，Sabbah M.A.，Biomass and Bioenerg，2002，22479Mori S.，Nomura S.，Kurita M.，et al.InProc.Fourth Int Conf on Fluidization(Ed.Kunii D and Toei R.)Engineering F本文档来自技高网...
【技术保护点】
用于生物质分解成小分子气体的定向热化学转化的工艺方法，其特征在于：本专利技术的技术方案如下：由于流化床气化炉系统非常复杂，对炉内生物质气化过程进行模拟是一项困难的工作。完全地反映出反应炉内的实际情况，需要考虑到涡流、异相反应、生 物质颗粒在炉内的分布以及由于炉体的不规则结构带来的复杂的几何问题，这使得模型求解需要解大量的非线性耦合偏微分方程。目前国际上尚无得到普遍认可的模型，主要是因为缺乏足够的实验数据来证实，不同的研究者关注的细节也有所不同↑［［１０－１３］］。本专利技术主要是对于生物质气化的整体过程进行考虑，从进料口进入气化炉开始，到气化炉内反应，直至得到产气。气化炉内反应复杂，假设一个合理的反应流程非常必要。在本模型中，整个反应流程被虚拟分为四个区。干燥区在本区中，生物质被加 热脱水干燥。干燥后的生物质和水蒸气将参加下一个区的反应。以下反应式可以用来描述这个区的反应：ＣＨｎＯｍ.ｘＨ２Ｏ→ＣＨｎＯｍ＋ｘＨ２Ｏ热解区在本区中，已干燥的生物质被高温分解为ＣＯ、Ｈ２、焦碳、焦油等物质。焦炭参加燃 烧区的反应，ＣＯ和Ｈ２参加气化区的反应。焦油被认为不再参加反应，并将在反应结束后被取出气化炉。以下反应式可以用来描述这个区的反应：ＣＨｎＯｍ→ＣＯ＋Ｈ２＋ＣＯ２＋ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ＋ｔａｒ＋ｃｈａｒ燃烧区在本区中，焦炭与 Ｏ２进行反应。假设在本区中进行的是完全燃烧，为全炉的继续反应提供热量。如有残余的未反应的焦炭，将会继续参与气化区的反应。以下反应式可以用来描述这个区的反应：Ｃ＋Ｏ２→ＣＯ２１ａｔｍ，１０７３Ｋ，ΔｒＨ↓［ｍ，１０７３Ｋ］↑［ Ｏ］＝－３．３７６×１０↑［５］Ｊ／ｍｏｌ↑［［１４］］气化区燃烧区中残存的焦炭在本区中与水蒸气进行反应。ＣＯ和水蒸气也将进行反应，并达到平衡，平衡时各气体的量就是最终产气的量。以下反应式可以用来描述这个区的反应：Ｃ ＋Ｈ２ＯΦＣＯ＋Ｈ２１ａｔｍ，１０７３Ｋ，ΔｒＨ↓［ｍ，１０７３Ｋ］↑［Ｏ］＝２．２０５×１０↑［５］Ｊ／ｍｏｌ反应平衡常数ｌｎＫ↓［α］＝－１．４８＋５．２８６×１０↑［６］Ｔ↑［－２］－１．０７８×１０↑［４］Ｔ ↑［－１］－４．６５８×１０↑［－４］Ｔ＋０．０５０５ｌｎＴＣＯ＋Ｈ２ＯΦＣＯ２＋Ｈ２１ａｔｍ，１０７３Ｋ，ΔｒＨ↓［ｍ，１０７...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：周密，
申请(专利权)人：周密，
类型：发明
国别省市：34[中国|安徽]
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