生物質(zhì)化學鏈氣化及生物質(zhì)半焦-載氧體氣化反應動力學研究.pdf

1、隨著化石燃料的日益緊張及環(huán)境的惡化，能源問題困擾經(jīng)濟的發(fā)展及生活環(huán)境，生物質(zhì)能源是一種能夠緩解這種現(xiàn)狀的可再生能源，它具有含量大和可再生等優(yōu)點，生物質(zhì)氣化是生物質(zhì)能源利用中常用的利用方式。目前傳統(tǒng)的氣化方式中存在著制氣成本較高及不能有效地提高燃氣的純度等缺點，制約著生物質(zhì)氣化技術的發(fā)展，與此相比，生物質(zhì)化學鏈氣化能夠降低氣化成本，且同時能夠有效的控制合成氣中的CO2和H2O，提高合成氣的純度。目前國內(nèi)外關于生物質(zhì)化學鏈氣化有一定的研究，

2、但是研究主要偏重于載氧體的性能研究，關于生物質(zhì)化學鏈氣化熱力學特性及實驗氣化組分特性研究較少，特別是載氧體與生物質(zhì)半焦的反應特性及動力學特性研究很少，然而載氧體與生物質(zhì)半焦的機理反應特性對生物質(zhì)化學鏈氣化至關重要。因此本文主要基以上分析進行研究，具有重要的實際意義及學術意義。
　　本文首先采用理論方法，進行了核桃殼化學鏈氣化熱力學特性研究，尋求優(yōu)化反應條件，以為實驗條件的設定提供依據(jù)；其次，應用固定床、TG-FTIR、掃描電鏡實驗

3、研究了核桃殼、CaSO4、水蒸氣化學鏈共氣化特性及焦結(jié)特性，深入探討了影響鈣基載氧體與生物質(zhì)反應時間長短的關鍵因素；最后基于固相熱解反應動力學機理，深入研究了核桃殼半焦與載氧體的反應特性及動力學特性及模型。研究結(jié)果表明：
　　(1)綜合氣化效果及生成CaO等物質(zhì)的負反應的程度，獲得了CaSO4/核桃殼高效氣化優(yōu)化反應條件。CaSO4與核桃殼反應的最佳摩爾比為0.11，最佳溫度為1000℃左右，對應不同溫度適當調(diào)高壓力，空氣反應器中

4、最佳反應溫度是950℃。
　　(2)發(fā)現(xiàn)CaSO4/核桃殼配比、反應溫度與壓力、水蒸氣份額大小對核桃殼化學鏈氣化組分及效果有較大的影響。CaSO4/核桃殼摩爾比、溫度的升高能夠促進生物質(zhì)化學鏈氣化，而的增高不利于核桃殼化學鏈氣化。當CaSO4/核桃殼質(zhì)量配比為0.4時，CO能夠達到最大值；溫度的升高能夠提高碳轉(zhuǎn)化率，且隨著溫度的升高，H2和CO的濃度都逐漸增加；水蒸氣對氣化組分有較大的影響，能夠提高核桃殼碳轉(zhuǎn)化率，且隨著水蒸氣濃度

5、的增高，碳轉(zhuǎn)化率逐漸升高，而氣體熱值逐漸降低。
　　(3)通過TG-FTIR利用技術對核桃殼及核桃殼半焦與載氧體反應特性研究，探討了以CaSO4為載氧體的核桃殼半焦化學鏈氣化反應參數(shù)及特性，研究發(fā)現(xiàn)，適當?shù)呐浔容d氧體及提升溫度都能提高半焦與載氧體的反應速率，縮短反應時間。CaSO4/核桃殼半焦的反應在950℃左右存在一個失重峰，且反應期間氣體產(chǎn)物有CO、CO2、COS、SO2等四種物質(zhì)，通過對不同配比進行實驗研究，發(fā)現(xiàn)適當?shù)奶岣逤

6、aSO4/核桃殼半焦質(zhì)量比有利用增強反應活性，溫度對核桃殼焦結(jié)構(gòu)變化有很大的影響，隨著溫度的增高，核桃殼半焦坍塌增強，增強半焦的氣化效果。
　　(4)利用Ozawa法計算活化能，結(jié)果表明：隨著轉(zhuǎn)化率的增加，活化能呈現(xiàn)降低趨勢；利用Coats－Redfern積分法和Malek法對半焦/CaSO4的動力學機理函數(shù)求取，反應機理函數(shù)為相界面收縮球狀模型。
　　本文的研究豐富了生物質(zhì)化學鏈氣化的研究成果，在一定程度上為生物質(zhì)化學鏈氣