热解气化
气化的概念与形式
气化的概念与形式气化是指将固体或液体物质转化为气体的过程。
在气化过程中，物质的分子间距增大，分子间的相互作用减弱，从而使物质由固态或液态转变为气态。
气化是一种重要的物质转化过程，广泛应用于能源生产、化工工艺、环境保护等领域。
气化的形式主要有燃烧气化、热解气化、氧气气化和化学气化等。
1. 燃烧气化：燃烧气化是指将固体或液体燃料与氧气进行反应，产生高温和高压的气体。
燃烧气化是一种常见的气化形式，广泛应用于能源生产和工业生产中。
例如，煤炭气化就是一种燃烧气化的过程，通过将煤炭与氧气反应，产生一种富含一氧化碳和氢气的气体，可以用作燃料或化工原料。
2. 热解气化：热解气化是指将固体或液体物质在高温下分解为气体的过程。
在热解气化过程中，物质的化学键被断裂，产生大量的气体。
热解气化常用于生物质气化和废物处理等领域。
例如，生物质气化是一种将生物质材料（如木材、秸秆等）在高温下分解为气体的过程，产生的气体可以用作燃料或化工原料。
3. 氧气气化：氧气气化是指将固体或液体物质与纯氧气进行反应，产生气体的过程。
与燃烧气化不同，氧气气化不需要外部供应燃料，而是通过与氧气反应来产生气体。
氧气气化常用于高温炉燃烧、金属冶炼等领域。
例如，铁矿石还原是一种将铁矿石与纯氧气反应，产生一氧化碳和二氧化碳的气化过程。
4. 化学气化：化学气化是指将固体或液体物质与化学试剂进行反应，产生气体的过程。
化学气化常用于化工工艺和环境保护等领域。
例如，水煤气化是一种将煤炭与水蒸气反应，产生一氧化碳和氢气的气化过程，可以用作燃料或化工原料。
总之，气化是一种将固体或液体物质转化为气体的过程，常见的气化形式包括燃烧气化、热解气化、氧气气化和化学气化等。
这些气化形式在能源生产、化工工艺、环境保护等领域发挥着重要的作用。
干馏热解气化
煤的干馏热解气化1.干馏以往都是人们利用煤炭资源时都是采用的直接燃烧方式来获取所需的热能量，这种方式获取的可利用能量少，而且还污染环境，因此再次基础上人们对煤进行干馏获取它的产物再利用，不仅可以充分利用其中的热能量，更加比之前环保。
1.1煤干馏的定义煤干馏是指煤是指煤在隔绝空气条件下加热，使煤中的有机物受热逐渐分解，生成焦炭（或半焦）、煤焦油、粗苯、煤气等产物的过程。
按加热终温的不同,可分为三种：900～1100℃为高温干馏，即焦化；700～900℃为中温干馏；500～600℃为低温干馏（见煤低温干馏）。
1.2煤干馏的过程[1]煤干馏过程主要经历如下变化；当煤料的温度高于100度时，煤中水分蒸发出来；温度升高到200度以上时，煤中结合水释放出来；高达350度以上时，粘结性煤开始软化，并进一步形成粘稠的胶质体（泥煤、褐煤等不发生此现象）；至400~500度大部分煤气和焦油都析出，称一次分解产物，在450~550度，热分解继续进行，残留物之间变稠并固化形成半焦；高于550度，半焦继续分解，析出体积缩小变硬形成多孔焦炭。
当干馏在室式干馏炉内进行时，一次热分解产物与赤热焦炭及高温炉壁相接触，发生二次热分解，形成二次热分解产物（焦炉煤气和其他炼焦化学产品）。
1.3煤干馏的产物、产率及分类[1]煤干馏的产物是煤炭、煤焦油和煤气。
煤干馏产物的产率和组成取决于原料煤质、炉结构和加工条件（主要是温度和时间）。
随着干馏终温的不同，煤干馏产品也不同。
低温干馏固体产物为结构疏松的黑色半焦，煤气产率低，焦油产率高；高温干馏固体产物则为结构致密的银灰色焦炭，煤气产率高而焦油产率低。
中温干馏产物的收率，则介于低温干馏和高温干馏之间。
按加热终温的不同,可分为三种：900～1100℃为高温干馏，即焦化；700～900℃为中温干馏；500～600℃为低温干馏。
1.4煤干馏的应用[1]低温干馏主要用褐煤和部分年轻烟煤，也可用泥炭。
低温干馏煤焦油比高温焦油含有较多烷烃，是人造石油重要来源之一。
生物质气化基本原理
生物质气化基本原理一、引言生物质气化是一种将生物质转化为可燃气体的技术，被广泛应用于能源和化工领域。
本文将介绍生物质气化的基本原理，包括反应过程、影响因素以及应用前景。
二、反应过程生物质气化主要包括干燥、热解、气化和燃烧四个阶段。
1. 干燥阶段生物质含有大量的水分，首先需要进行干燥，将水分蒸发掉。
干燥阶段的温度一般在100-200摄氏度之间，通过加热和通风等方式实现。
2. 热解阶段在热解阶段，生物质中的有机物质会分解为固体碳、液体焦油和气体。
热解温度一般在200-500摄氏度之间，可以通过加热或加压等方式实现。
3. 气化阶段在气化阶段，固体碳和液体焦油会进一步转化为可燃气体，主要包括一氧化碳、氢气和甲烷等。
气化温度一般在500-1000摄氏度之间，可以通过控制氧气和水蒸气的供给来调节气化产物的组成。
4. 燃烧阶段在燃烧阶段，产生的可燃气体会与氧气反应，释放出大量的热能。
燃烧温度一般在1000摄氏度以上，可以用于发电、供热或其他能源利用途径。
三、影响因素生物质气化的效果受多种因素影响，包括生物质种类、粒度、含水率、气化剂和气化温度等。
1. 生物质种类不同种类的生物质具有不同的化学组成和结构特点，对气化反应的影响也不同。
例如，木材中的纤维素和半纤维素容易气化生成气体，而木质素则需要较高温度才能分解。
2. 生物质粒度生物质气化反应的速率与生物质的粒度密切相关。
较小的粒度有利于气化反应的进行，因为它能提供更大的表面积，增加反应的接触面积。
3. 含水率生物质中的水分会降低气化反应的温度和效率。
高含水率的生物质需要更高的能量才能将水蒸气蒸发出来，并使气化反应更加困难。
4. 气化剂气化剂可以是氧气、二氧化碳或水蒸气等。
气化剂的选择和供给方式会对气化反应的产物组成和产率产生影响。
5. 气化温度气化温度是影响气化反应速率和产物分布的重要因素。
较高的气化温度有利于提高气化反应速率和产物气体的产率。
四、应用前景生物质气化技术具有广泛的应用前景。
生物质液化的基本原理
生物质液化的基本原理
生物质液化是一种将生物质分解成液体燃料的技术。
其基本原理是通过热解、气化、液化等化学反应将生物质中的复杂有机物质（如纤维素、半纤维素和木质素）分解成较为简单的液态烃类或气态烃类物质。
这些液态烃类或气态烃类物质可以作为生物柴油、乙醇、丁醇等液体燃料。
生物质液化的具体过程包括：生物质热解、气化、催化、升华和脱水等步骤。
其中，生物质热解是指将生物质在高温下进行热分解，产生液体和气体。
气化是指将生物质在加压和高温条件下进行气化反应，产生合成气。
催化是利用催化剂促进生物质分解反应的进行。
升华是指通过加热使生物质中的水分汽化，脱离生物质。
脱水是指去除生物质中的水分。
通过生物质液化技术，可以将生物质制成高能量密度、易于储存、易于运输的液态燃料，可广泛应用于能源、化工、交通等领域。
同时，生物质液化也是一种有效的生物质能利用方式，可以提高能源利用效率，减少对化石能源的依赖，具有重要的经济和环保意义。
第9章 生物质热解气化技术
气化过程质量与能量平衡计算
质量平衡计算
输入质量 M in 输出质量 M out 质量衡算 M
生物质携带质量、气化剂携带质量 气体携带质量、焦油携带质量、水溶性物质携带质量、灰渣携带质量
M M in M out
气化过程质量与能量平衡计算
能量平衡计算
输入能量 Qin 输出能量 Qout 能量衡算 Q
气化反应动力学
热解过程 固相反应：主要取决于加热速率，反应速率很快 气相或气相与炭反应：包括裂解、重整、变换等反应，主要
取决于温度和停留时间
da = Ae−E / RT (1 − a)n dt
固体生物质气化反应动力学
气化反应动力学
不同生物质在不同温度下的气化反应动力学
样品 白松 白松 白松 橡胶木 橡胶木 橡胶木 橡胶木
上吸式 下吸式 横吸式 开心式
单流化床 循环流化床
双流化床 携带床
固定床式生物质气化炉
生物质 气化剂
生物质 产出气
生物质
生物质 气化剂
气
产
化
出
剂
气
产出气 (a) 下吸式
气化剂 (b) 上吸式
(c) 横吸式
产出气 (d) 开心式
固定床式生物质气化炉
气化炉类型 原料尺寸（mm） 原料湿度（﹪） 原料灰分（干基，wt﹪）
气化反应平衡分析
C 2H2 CH4
制取高热值燃气的重要反应，非均相反应 随着温度的升高，逆反应加快，不利于甲烷的生成 此反应的适宜温度为800℃
气化反应平衡分析
2CO 2H2 CH4 CO2
甲烷化的重要反应，均相反应 温度升高对正反应不利
9.3 生物质气化评价参数与过程计算
污泥热解气化处理介绍
现在的污泥处理还未形成行业，污泥的处理技术也五花八门，现有正在使用的处理技术整体水平较低，这与国家的政策导向密不可分，过去的10年里，国家集中完成了全国城镇污水处理基础建设的升级换代，但从顶层设计上就轻视或者忽略了污泥处置的必要性，这直接导致了近几年污泥所造成的环境公害事件层出不穷，好消息是，随着污水处理行业的逐步成熟，污泥处置这项课题也慢慢被提上日程，这直接刺激了污泥处理技术的研究，形成目前污泥处置技术百花齐放，政府对污泥处理减量化的追逐使得目前污泥减量化处置成为热点，但国内许多专家学者对高耗能的污泥干化都持消极态度，污泥的减量化是污泥处置的目标之一，但绝不是终点，污泥的处置要做到减量化、无害化、资源化“三化”合一才是污泥处置的终极目标。
目前全国污泥处理的主流技术仍旧是以减量化为目的，填埋仍旧是主要解决办法，在现在垃圾围城各城市垃圾填埋场都爆棚的现状下，污泥填埋更显尴尬。
笔者认为现在已经到了环境问题倒逼技术升级的地步，在未来的一段时间里，污泥处置技术只有能同时实现“三化”的技术，才能迈进污泥处置行业的门槛，才有可能在即将袭来的污泥处置风暴中占有一席之地，才有可能得到大规模推广应用，比如污泥热解气化技术。
污泥热解气化技术是将污泥热解气化作为污泥处置的核心技术，以烘干、造粒、尾气处置、废渣利用为依托的系统工程。
主要目的就是在无臭、无污染的前提下使污泥实现大规模的减量化、无害化、资源化成为现实。
比目前传统技术的优点在于在减量化的前提下，以较低的成本实现污泥的无害化、资源化，污泥热解气化技术在工艺设计上就规避了污染物二恶英类物质的产生条件，系统的高温是臭味和病菌的克星，可以将硫化氢，氨类物质彻底分解，将有害病菌全部杀死，特别是对重金属的稳定化，热解气化技术具有天然优势，系统的高温将污泥中的重金属牢牢地锁在流化的硅酸盐晶体结构中，该晶体异常稳定，在酸碱环境下试验均不会溢出。
热解气化技术对污泥中有机物的利用率高达70%，在高温贫氧下，有机物被热解为一氧化碳、氢气、烷类等可燃气体，可以更方便、清洁的被利用。
煤热解反应过程及影响因素
煤热解反应过程及影响因素煤热解反应是指煤在高温下失去结晶水和挥发分解的过程，是煤的直接转化过程之一。
煤热解反应途径可分为两种：一种是热解分解反应，一种是热解气化反应。
煤热解反应主要受煤的性质和反应条件的影响，因此影响因素非常多。
下面将详细介绍煤热解反应过程及影响因素。
一、煤热解反应过程1. 煤热解分解反应从化学反应上看，热解过程主要包括挥发分解和固相炭化两个反应过程。
煤在高温下会分解产生气体和炭质残渣。
在这个过程中，煤的结构和化学成分将发生变化。
挥发分解是指煤在高温下失去挥发分子，如水、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、乙烷、苯等。
挥发分解是热解反应的一个重要组成部分，也是煤热解反应的初级过程。
固相炭化是指挥发分解后的残渣进一步失去挥发分子，形成固体碳。
在煤热解分解反应中，固相炭化是一个重要的过程，直接影响到煤的炭化程度和炭产率。
煤热解气化反应是指煤在高温下分解产生可燃气体的反应。
煤热解气化反应可以分为两种类型：一种是干燥气化，一种是干馏气化。
干燥气化是指煤中的水分在高温下挥发出去，煤的有机物质则发生气化反应，生成一氧化碳、氢气、甲烷等可燃气体。
这两种类型的气化反应共同构成了煤热解气化反应，是煤直接气化的重要途径。
二、影响煤热解反应的因素1. 煤的性质煤的性质对煤热解反应有着重要的影响。
煤的挥发分是煤热解反应最主要的产物，所以煤的挥发分含量对煤热解反应有着重要的影响。
通常来说，挥发分含量较高的煤热解反应活性较大，气化性能较好。
煤的结构和成分也会影响煤热解反应。
不同类型的煤（例如烟煤、褐煤、石煤等）在热解过程中产物组成和气化特性都有所不同。
2. 反应条件反应温度、反应时间和反应气氛是影响煤热解反应的重要因素。
一般来说，较高的反应温度有利于提高煤的活化程度和产气率，但过高的温度则会导致气化产物的结构复杂化，使气化产物分布不均匀。
反应时间对煤热解反应也有着影响。
过短的反应时间会使煤热解不完全，气化产物的产率不高；而过长的反应时间则会导致过煤化，产气速率下降。
生物质热解气化技术
生物质热解气化技术
电子科技大学硕士学位论文
生物质热解气化技术
摘要
随着经济的发展，人类对于能源的需求量也在不断的增加，而传统的化石燃料由于质量逐渐减少和污染排放量的增多，使得我国必须寻求替代能源。
生物质是一种可以取代传统化石燃料的清洁替代能源，其中还存在着大量未开发利用的可再生能源。
然而，由于生物质是复杂的有机物质，催化转化技术难以进行，受转化效率限制。
因此，将生物质在高温热解气化反应中转化为燃料气和其他催化剂的气相活
性物质，是高效减少生物质污染物浓度的有效手段，是当前生物质转化技术研究的热点，也是未来生物质能源开发利用的重点。
本文的研究重点为热解气化技术在生物质转化中的研究进展及可能的应用，主要包括四个方面：生物质热解气化机理研究，催化剂包衣材料研究，多元组分生物质转化及反应机理研究以及生物质热解气化技术的应
用研究，并对今后的研究方向进行了总结和展望。
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3.2 热解气化处理技术
废水污泥在热解气化过程中将经历一系列的物理和化学变化，在缺氧性、有蒸汽参与的还原性气氛条件下污泥将发生一系列化学反应（如表4所示）。
表4: 污泥在热解气化过程中的主要化学反应
化学反应式
处理过程中的热行为
C（燃料中的碳）+ O2 →CO2 + 热量
放热
C + H2O（蒸汽）→CO + H2
吸热
C + CO2 →2CO
吸热
C + 2H2 →CH4
放热
CO + H2O →CO2 + H2
放热
CO + 3H2 →CH4 + H2O
放热
污泥的热解过程可分为三个阶段：一，干燥期；二，热解期；三，需热（气化反应）期。
在干燥阶段，污泥中的水分以蒸汽形态脱离污泥相，根据所采用的热解气化装置类型的不同，在干燥阶段干污泥的产率从85%到93%（占绝干污泥的比率）不等（资料来源：Furness and Hoggett, 2000），干燥阶段的操作温度约为150℃（302℉）；污泥干燥完成后，其温度即被提高到400℃（752℉），进入到热解反应阶段；在最后一个阶段，热解产生的可冷凝气相产物和不凝性气相产物以及热解焦产物发生气化反应（需热阶段），热解产物被氧化、然后再被还原，并被转化为焦渣块、蒸汽、焦油及气体产物。
污泥的氧化反应剂为二次送入炉中的、经过化学式量计算并计量过的氧气。
在气化阶段，炉膛的操作温度范围在800到1400℃（1472至2552℉）之间，为了维持气化反应所需的温度，需补充
加入煤炭或石油焦做为辅助燃料。
需热期之后，从炉中引出的高温合成原料气体可采用水、泥浆和/或冷的循环合成气进行急冷降温处理，在进行除尘处理之前也许还需要对合成原料气再进行一次冷却处理，此时可采用热交换器（安装于合成气冷却装置系统内）。
当采用水喷淋法除尘方式时，颗粒物被水捕集，然后对含尘水进行过滤处理；也可以采用干式滤尘器或热气体过滤器来除去合成气中的颗粒物。
合成气在被冷却的过程中，若温度降到水的露点以下时，合成气中的水分即会发生凝结；洗涤器和合成气冷却装置中排出的水中肯定含有一定量的可溶性气体成分（如氨、氰氢酸、氯化氢、硫化氢等）。
此时的合成气是否还需要进一步精制处理则取决于其最终的用途，但不论最终用途如何，通常都会对其进行脱除硫化物（主要为硫化氢）处理并回收可进行市售的商品级高纯硫产品。
从合成气冷却和净化处理装置中排出的水经过脱除固体颗粒物处理之后，一般被输送回热解气化炉或洗气器中循环使用；循环使用时，必须对其中一定比例的水流进行净化脱盐处理以避免水中可溶性盐类的累积，脱盐处理后的水可继续循环使用，也可将其中的一部分排放到常规污水处理装置。
合成气冷凝水还应当采取蒸馏法来脱除其中的氨、二氧化碳和硫化氢成分。
污泥热解气化的三个阶段均在同一台气化反应器中进行，反应器的运行工艺参数变化范围则与其型式有关。
最为常用的气化装置有固定床反应器、流化床反应器和循环（移动）床反应器三种类型。
固定床和流化床气化装置通常设置有耐火材料内衬或水冷壁以防止高温对反应腔室的损害，这两类气化装置常采用旋转式或固定式炉排设计。
移动床气化装置不常见，一般采取在金属材质的反应腔室中设置间接加热系统的方式来确保反应的温度。
近年来新开发的废水污泥热解气化工艺中，最引人关注的是“Lurgi -Rhurgas工艺”，这是一种基于循环流化床技术的新工艺，该技术系采取强化污泥颗粒与循环流态化热媒之间的接触几率，从而使产出的合成气热值高达23MJ/m3。
与废水污泥热解气化装置污染物排放方面有关的数据非常少，这可能与污染物排放情况变化多端、难以获得稳定数据有关。
对污泥热解气化过程污染物排放情况有重要影响的因素有：装置类型、污泥特性、操作工艺条件（温度及压力）、以及气相氛围操作条件等。
法律规定必须大幅降低排量的废水污泥热处理过程的
气相污染物种类有二恶英、呋喃、汞和其它的重金属、氮氧化物、氧化二氮、一氧化碳等。
目前被广泛关注的则是处理后的灰渣，其中可能仍然含有高浓度的重金属成分。
尽管从某些热解气化装置系统中排出的气体产物中可检测出的有机物（如苯、甲苯、萘、苊等）浓度极低，但是当这些气体产物被用作民用燃料、或用作燃气透平的燃料时，上述有机污染物以及其它的有害性有机污染物则应降低到“检不出”的水平，或者数个ppb的浓度水平（检测位置在烟囱排放口）。
热解气化过程中，为维持反应温度而加入的补充燃料不会增加二氧化碳的排放浓度，反而有利于增加可燃气体的产量。
4. 污泥热解气化工艺与焚烧处理工艺的对比
采用热解气化技术和焚烧技术均可以使废水污泥转化为结构简单且无害的副产品，但转化反应机理及副产品的性质则有显著的差异，并使得这两种技术在环保和经济层面被划分为不同的类别。
从环保和经济领域的目录编辑信息资料来看，污泥的热解气化技术和焚烧处理技术的差异主要有四个方面：（1）污泥的预处理及喂料技术；（2）操作技术；（3）气体净化处理技术；（4）副产品处置技术。
上述两种污泥处理工艺均要求对污泥原料进行包括干燥步骤在内的预处理，去除污泥中的水分。
当采用流化床炉对污泥进行焚烧处理时，可以加入半干化的污泥原料。
热解气化工艺和焚烧处理工艺在副产物的利用和处理技术方面有明显差异：熔渣块是热解气化装置主要的固态副产物，其产率与原料污泥中矿物质成分的含量直接相关；焚烧处理装置的固态副产物被普遍用作垃圾填埋场的覆土，但如前文所述，污泥焚烧过程产生的灰渣的毒性已开始引起日益增强的关注度。
根据两种技术的差异点，可以明显获得其优缺点方面的对比信息。
表6给出的是两种技术的详细优缺点对比信息。
在“削减污泥的重量和体积”方面、以及在“不需要占用土地进行最终产品的填埋处理”方面，两种技术具有同等优势；但由于合成气的用途广泛，而热解气化处理技术可生产大量的合成气产品，这使得该处理技术极具吸引力。
与热解气化技术相比，焚烧技术的缺点在于气相污染物的治理费用很高。
热解气化技术的另一个显著优势在于它不仅能达到现有的污染物排放标准要求，而且可能还会满足未来将推出的新的、更加严格的污染物排放标准；与此相反，焚烧处理技术
则可能需要更多的投资才能满足未来的、更加严厉的排放法规要求。
尽管热解气化技术已不属于新的技术类型，但焚烧处理技术为人所熟知则已经有相当长的历史了，（与之相比，热解气化技术用于污泥处理过程尚属新开发的工艺技术范畴）。
曾有几位学者对污泥热解气化过程进行过专业研究（Fytili and Zabaniotou, 2006），但为了获得理想的、可用于燃气发电和/或其它用途的合成气产品，尚需对污泥的热解气化技术进行更多的基础性研究。
曾有几篇文献提及将废水污泥用作热解气化的原料，但这些文献提及的都是将废水污泥与生物质原料（如木质原料、生活垃圾等）混合后进行热解气化的方法。
5. 结束语
污泥是废水在一级、二级和三级处理过程中产生的残余物，长期以来，对废水污泥进行高温热处理的技术被视为污泥的终极解决方式。
对高温热处理技术来说，影响应用效果的主要因素是废水污泥的能量（热量）含量或称热值，所以废水污泥的这一性能指标被做为首要的考察因素来评估其对热处理技术的适用性。
对两种热处理污泥的技术进行了比较，以评价它们的不同之处、优点及缺点。
焚烧处理技术是一种在封闭结构中对废水污泥进行高温燃烧处理的技术方法，适用于没有空余土地对污泥进行填埋处置的城区；新型焚烧处理装置系统设置了污泥燃烧热能的回收系统，可将回收热能而产生的热水进一步转化为蒸汽，并驱动透平装置进行发电；但这种装置系统的运行及维护费用相当高昂，原因在于必须为焚烧装置配备必要的气相污染物排放控制系统。
与焚烧处理技术相比，另一种污泥的高温热处理技术----热解气化处理技术具有更多的优点，最重要的优势在于这种技术可采用污泥做原料来制造合成燃气，合成气可用来替代天然气驱动燃气透平进行发电。
成本研究结果表明热解气化污泥处理技术是低耗能的污泥处置技术之一（尽管在设置启动阶段仍须供入必要的能量）；另外，研究还表明，这种污泥处理技术排放的二恶英、呋喃、汞及其它重金属、氮氧化物、氧化二氮和一氧化碳等气相污染物要明显少于焚烧处理技术。
热解气化技术和焚烧处理技术均能将废水污泥转化成结构简单、无毒无害的副产物，但前者除了能将污泥转化为不再具有沥滤性、低体积量的、易于进行后继处置或可重新利用的干燥残渣之外，还可同时在低污染排放的前提条件下获得热能产品并通过污泥的还原反应制造出有利用价值的燃气产品。
此外，热解气化
处理技术还是一种能够满足现行的、以及未来将推出的、更加严厉的污泥处置和管理法规的技术方法。
为了将废水污泥转化为更加适用于电力生产的合成燃气或其它产品，尚需对热解气化技术进行深入的基础性研究。