生物质快速热解下行式流化床反应器研究进展

在碳中和目标下,未来发展之路是从化石能源的原料体系转变到可再生能源的原料体系。作为化石资源的重要替代品,生物质是唯一能够大规模取代化石资源的可再生碳资源。生物质快速热解技术是实现生物质资源转化为液体燃料的重要途经,其技术核心是反应器。下行式循环流化床反应器具有产物停留时间短、近平推流性能等优点,在生物质快速热解方面具有广阔的应用前景。本文介绍了流化床反应器的特点及其中试和示范/商业级装置的研究现状,详细总结了下行床反应器的特点、结构、分类及流体力学特性,并分析了目前下行床反应器放大过程中的瓶颈问题以及进一步研究的方向,为推动下行床反应器在生物质快速热解工业应用提供参考。

生物质双流化床气固流动特性研究与数值模拟

依靠双流化床冷态装置考察流化风和松动风的流量对流化床流化形式、返料器料封高度以及固体循环量的影响。当流化风流量为5 m3/h时,流化床气化器内颗粒呈鼓泡流化。返料器料位与返料器两侧压差有关,压差越大,返料器内料封高度越低。气体反窜时返料器两侧压差变小,料位逐渐升高。不改变其他条件,在下松动风流量为3 m^(3)/h及以下时,增大松动风流量,颗粒循环量逐渐增加,一定条件下固体颗粒循环量达到最大为6.72 kg/h。对装置进行数值模拟,结果显示颗粒的流化形式与实验一致。

流化床作为生物质气化反应器试验研究

在流化床生物质气化炉内 ,用空气进行气化生物质 (花生壳 )的试验研究 ,分析的参数是当量比ER 0 .2— 0 .4 5 ,气化床的温度 75 0— 85 0℃和加入二次风。当ER在 0 .2 5— 0 .33,气化燃气热值为 6 .2— 6 .8MJ/m3 ,气体产量在 2 6 0— 390m3 /h ,生物质燃烧时比气化产量在 1.2 8— 2 .0 3m3 /kg之间 ,炭转化率在 5 3%— 80 %。并对 7种农、林废弃物进行了初步气化试验研究 ,生成的燃气体积分数 :CO为 14 %— 18% ,H2 一般低于 6 % ,甲烷 4 %— 12 %。燃气热值在 4 70 0— 710 0kJ/m3 。试验结果表明 ,在流化床生物质气化炉中 ,通过在悬浮空间加入二次风 ,可使燃气热值得到提高。

循环流化床反应器固体生物质的热解液化

介绍了以循环流化床反应器为主体的固体生物质热解液化装置 ,实验过程 ,实验结果及分析。通过对气体产物的比较及油产物一般物性和油成分的分析 ,得出如下结论 :1)较高的温度和较长的停留时间会降低油的产率 ,生成过多的不凝气 ;过低的温度和加热速率导致严重的碳化 ,同样会降低油产率 ,本实验的最高油产率可达 6 3%。2 )生物质热解油品的物性特点主要包括水分含量较高 ,pH值较低 ,粘度变化范围很大 ,热值与化石燃料相比为低 ,并且油品中因含氧量很高而极不稳定 ,油品的组成成分非常复杂 ,烷烃和非烃占据了相当的比例 ,芳烃和沥青质含量相对较少。 3)

内循环生物流化床反应器载体挂膜特性的研究

分别考察了水力停留时间、反应器结构、接种污泥量及载体粒径等因素对内循环三相生物流化床反应器载体挂膜的影响．试验结果表明，较短的停留时间、较小的内循环速度、较少的接种污泥量及较小粒径的载体有利于反应器的快速挂膜启动．

循环流化床作为生物质热解液化反应器的实验研究

总结了固体生物质热解液化装置——一套循环流化床反应器冷态实验的结果。以空气为介质 ,石英砂为床料 ,着重考察了循环量与气速、储料量、吹风量、吹风口位置及物料间的关系 ,得出在一定范围内 ,循环量随操作气速、L阀吹风量及储料量的增加而增加 ;随物料密度、粒径的增大和吹风位置的提高而减小。为热态实验寻找到最佳的操作条件和控制手段。对以木粉为物料的生物质热解油的产率和物性进行了分析。

厌氧流化床反应器微生物固定化载体筛选的研究

论述了在厌氧流化床（ＡＦＢ）反应器中用包络法固定微生物的高分子载体筛选研究的情况，通过静态试验的对比，筛选出了微生物固定化效果好、产甲烷性能优良的聚丙烯酸酯类多孔高分子载体ＷＡＲ－８．用ＡＦＢ反应器进行合成葡萄糖废水的中温厌氧消化试验，达到了较高的处理性能指标。通过扫描电镜观察，发现厌氧微生物不仅可以固定于高分子载体的外表面，而且能固定于载体的内层表面，载体上菌群丰富，生长发育良好．

三重环流生物流化床反应器的混合特性

研究了三重环流生物流化床反应器混合特性。通过循环时间与混合时间的测定来比较三重环流与单重环流反应器的混合性能，发现三重环流反应器的混合时间较短。此外，对三重环流反应器的物料分布测试结果可知正常流态化条件下所有工况其物料分布均接近全混流模型，离散程度随操作液流量的增大而减小。

内循环生物流化床反应器流体力学特性的数值模拟

首先采用气、液两相模型对7组结构参数的反应器进行模拟计算,然后根据计算结果选择了一组较优的结构参数进行气、液、固3相的数值模拟计算.结果表明,通过数值模拟方法对内循环生物流化床反应器流体力学特性进行计算可获得优化的反应器结构参数;明确了循环挡板的长度及位置对反应器内液相流场分布的影响较为显著的事实;同时指出固相颗粒的加入对反应器内液相流速的分布几乎没有影响,固相含率较高的区域在反应器升流区.

三相流化床生物反应器在降解有机废水方面的应用研究

简述了三相流化床在生物降解有机废水方面的优势与应用潜力。

空气提升内循环生物流化床反应器动力学研究

进行了空气提升内循环生物流化床反应器内液体内循环速度、有机物降解动力学、载体表面生物膜脱落与增长动力学的研究．结果表明，内循环生物流化床内循环速度分别与反应器高度及升流区表观气速Ｕｇ的０．５次方成正比；当内循环流量很大时，反应器可视为ＣＳＴＲ；生物膜的脱落率分别与Ｕｇ及膜厚的一次方、载体数量的２／３次方成正比．

好氧生物流化床反应器处理有机废水技术进展

介绍了国内外好氧生物流化床反应器处理有机废水技术的发展概况，分析了好氧生物流化床反应技术的发展动向。

生物流化床反应器生物膜特性研究进展

生物流化床技术应用于废水处理领域具有广阔的发展前景。生物流化床反应器对污染物的降解主要依赖于活性生物膜 ,研究生物膜的特性是提高反应器效率的重要手段。本文对描述生物膜特性的主要参数进行了综述 ,其中 ,生物膜种群构成的差异是影响反应器效率的最重要因素 ,本文重点探讨了生物膜中微生物的种群分布特征、种群的生态演替过程与反应器性能的关系。在此基础上 。

固定化酵母流化床生物反应器木薯淀粉酒精发酵的研究

以木薯淀粉糖化醪为发酵原料,利用正交试验法,在摇瓶发酵试验中,考察了菌种、粒子填充率、初糖浓度对发酵的影响。进行了固定化酵母流化床生物反应器木薯淀粉酒精的间歇发酵试验,研究 4项运行参数—— —发酵醪中的残糖含量、酒精含量、 值以及反应器内的平均温度随发酵时间的变化情况,分析了木薯淀 pH粉浓醪发酵的可行性和反应器对不同原料的适应性。

在流化床反应器中生物油轻组分模拟物催化重整制氢

对在流化床反应器中生物油轻组分模拟物(简称模拟物)与水蒸气催化重整制氢进行了研究。考察了温度、模拟物中H2O与C的摩尔流率之比(S/C)和模拟物的重时空速(WHSV)对催化重整制氢的影响。适宜的反应条件为:工业级镍基催化剂(w(NiO)=7.2%)200g、温度650℃、S/C=11、WHSV=0.7h-1、反应时间3h。在此条件下,H2产率、潜在H2(H2+CO)产率和总的C元素选择性达到最大值,分别为89.3%,94.8%,96.3%。SEM表征发现,烧结是造成催化剂失活的原因之一。

生物膜厚度对流化床反应器性能影响分析

建立了生物流化床反应器的数学模型，并通过大量试验验证了该模型的可靠性，进而分析了生物膜不同厚度的情况下有机物在其中的分布以及生物膜厚度（δ＝３０—４００μｍ）对生物浓度、效率因子、出水有机物浓度和有机物降解速率的影响。研究结果表明，本试验条件下当进水ＣＯＤ＝５３０ｍｇ／Ｌ时，单位体积生物膜对有机物的最大降解速率为０．５２ｋｇＣＯＤ／（Ｌ·ｄ），最佳膜厚为１８０μｍ左右。

三相复合生物流化床反应器处理废水性能研究

提出和设计了一种新型的自充氧式复合生物流化床反应器 ,将该反应器应用于合成废水的处理 ,考察了反应器的挂膜以及停留时间、气水比、容积负荷等对 COD去除率的影响 ,研究结果表明 :该反应器在处理废水时 ,停留时间可达 2 h和 1.5 h,COD容积负荷提高到 8.5 6和 12 .6 3kg/ d·m3 ,效率比同类反应器高1倍以上 ,气水比也有所下降 ,仅为 32～ 34。具有停留时间短、能耗低 ,是一种高效的新型生物流化床反应器。

内循环生物流化床反应器的理论分析

从反应器理论、生物膜动力学及水力学的角度对内循环式三相生物流化床反应器的流态、生物膜降解有机物及启动挂膜特性进行了分析，一认为在内循环三相流化床中，对于一般城市污水处理系统求出了效率因子，建立了内循环速度与反应器尺寸的关系，同时提出了可能进一步提高反应器处理效率的优化途径。

固定化微生物流化床反应器的研究进展

综述了固定化微生物流化床反应器的发展及应用等．包括生物流化床处理废水的特点及发展过程；固定化微生物反应器的几种类型及特点；在工业生产和废水处理方面的应用；影响固定化微生物流化床反应器设计和操作的因素；

流化床生物反应器载体的研究

流化床生物反应器(FBBR)是一种微生物同时具有附着生长和悬浮生长特征的废水处理反应器,虽然起步较晚,但因其具有优良的反应性能,目前得到广泛的研究与应用。本文正是针对FBBR中决定反应器处理效率与能耗的重要因素之一-载体颗粒进行综述。介绍了载体颗粒在反应器中所起作用、微生物与载体的结合及生物膜附着对载体性质影响等方面的情况。对比了目前FBBR中常用的3类载体-无机多孔性载体、有机多孔性载体和复合多孔性载体中部分应用载体的物理性质,并重点阐述了它们在反应器中的反应特性。最后指明复合多孔载体将是今后载体研究的主要方向,而部分可降解载体颗粒是其中的一个较重要的突破点。