气化的高流量控制

气化是生物质或化石燃料转化为一氧化碳、氢气和二氧化碳(合成气或合成气)的过程。1根据卡诺热力学效率定理,由于燃烧温度较高,产生的合成气比有机燃料燃烧时能量更丰富。此外,合成气可直接用于燃气发动机、窑炉、锅炉和热氧化器。在世界某些地区,由生物质制成的合成气被认为比化石燃料便宜,并且可以在大多数应用中直接替代。此外,产生的合成气的质量取决于反应的成分,这最终依赖于进入气化室的氧气或空气的精确控制。

合成气用途

合成气可以用生物质、城市固体废物、医疗废物甚至危险废物的原料生产。虽然产生的污染量取决于原料,但合成气比化石燃料燃烧更清洁,并且排放量比温室气体低得多。

制造合成气

合成气通常由三种主要成分产生:碳、氧气和蒸汽。通过加热燃料产生碳和蒸汽,并外源添加氧气。引入的氧气将与蒸汽和碳相互作用,最终产生氢气、一氧化碳和二氧化碳的混合物。合成气的具体组成主要取决于添加到系统中的氧气量。添加过多的氧气将导致二氧化碳浓度较高,一氧化碳浓度相应较低。这种混合物降低了合成气的整体质量并限制了其应用。艾里卡特质量流量仪表可以简化气化和合成气产品工艺并提高效率和安全性。

制造合成气

由于大多数气化室尺寸较大,通常需要较大的流量。大型质量流量控制器是一种精确的方法,它将所需的高流量与产生具有理想成分的合成气所需的精度相结合。Alicat 的MCR 系列控制器使用近乎无摩擦的 Rolamite 比例控制阀,可快速、精确地控制高达 5000 SLPM 的流量。凭借 ±(读数的 0.8% + 满量程范围的 0.2%)的精度扩展到这些高流量,可以确保精确的成分。

改善不良批次

虽然可以精确控制氧气的流量,但有时由于原料或实验设置中不可预见的变化,合成气成分的浓度并不如预期。为了解决这个问题,可以插入简单的质量控制检查。当合成气的质量不理想时,通常会产生比所需百分比更大的CO 2,​​可以使用质量流量控制器将丙烷添加到混合物中,而不需要漫长的整个系统重新启动。这种新混合物将更紧密地匹配所需组合物的化学性质,并且可用于大多数应用。这种补偿可以通过与控制器的串行通信轻松完成,并集成到现有的质量检查程序中。

额外的改进

额外的改进合成气产生后,可使用净化反应器去除不需要的焦油颗粒。通常使用旋风分离去除颗粒。在具有二次输入的旋风分离器中,氧气通过喷嘴喷射以产生涡流。由于颗粒密度较大而导致惯性增加,因此颗粒将无法遵循涡流的紧密曲线。2高精度质量流量控制器可以通过严格控制氧气流量来确保有效分离正确密度的颗粒。合成气可以进一步用油或水洗涤来净化,以除去残留的焦油。

安全第一!

当在如此高的温度下使用潜在可燃材料时,有时需要快速净化系统。安全关闭系统可以轻松地配置质量流量控制器,以用氮气充满腔室。这些控制器可以按照CSA 1 级 2 区(ATEX 2 区)区域分类进行构建,以确保符合当地消防安全法规,并且质量流量控制器适合操作环境。

结论

通过这种方法生产的合成气可用于氢燃料电池、发电、运输燃料等。该过程的常见副产品是“生物炭”。利用 van-Krevelen 图可以成功预测生物炭特性。3生物炭通常具有吸湿特性,由于其固有的保水性、多孔性和作为碳源的实用性,在土壤改良中非常有用。当在较高温度下操作时,气化将产生液态石头和金属而不是生物炭。这些所得产品可用作建筑材料或高密度填料,并且已被证明是非浸出的。4

艾里卡特质量流量控制器可用于气化过程的多个领域:燃烧、净化反应器、安全和质量控制。这些装置的精度和多功能性可实现更精确的合成气生产、装置之间的冗余以及极快的控制。毕竟,所产生的合成气的质量取决于进入气化室的氧气的准确且可重复的流量。

参考

1) Beychok, MR,生产 SNG 和液体燃料的工艺和环境技术,美国 EPA 报告 EPA-660/2-75-011,1975 年 5 月

2)品牌、JF等。al.,概念性地使用涡流技术在 UCG 应用中进行合成气净化和分离,《南非杂志》,2018 年 10 月

3)Krevelen D.,范(1950)。“研究煤的结构和反应过程的图形统计方法”。燃料。29:269–284。,1950

4) “sierra energy 的 fastox 气化炉生产的液态石头被证明是非浸出的。” Sierra Energy www.sierraenergy.com/news/posts/2014/august/the-liquid-stone-productd-by-sierra-energys-fastox-gasifier-proven-to-be-non-leaching/。访问日期:2019 年 4 月 9 日

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