生物质半焦气化技术的研究现状及其发展.pdf

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1、第42卷第5期化工‘机械601生物质半焦气化技术的研究现状及其发展+车德勇”蒋文强孙亚萍李洪沈辉孙艳雪(东北电力大学能源与动力工程学院)摘要介绍了生物质半焦的气化技术，概述了近年来在不同气化介质下的生物质半焦气化特性的研究概况，分析了反应条件、热解温度、物料添加t七7L．,IL隙结构等不同因素对生物质半焦气化指标的影响规律和气化反应机理的深层评价。最后对半焦气化技术的长远应用进行了展望．关键词生物质半焦直接气化催化剂共气化研究现状中图分类号TQ544文献标识码A文章编号0254-6094(201

2、5)05—0601-05在当今能源形势的大背景下，寻求一种洁净的可再生能源来替代化石能源是大势所趋。生物质能作为一种理想的可再生能源，具备低污染及应用范围广等特点，得到了各国研究者的青睐。目前，生物质气化、液化、热解、固化及直接燃烧等转换利用方式可以将生物质转化为气、液和固态的多种能源产物和化工原料⋯。其中作为生物质利用的主要途径——生物质热解技术，可将热解产物转化为高品质的工业品能源，实现化学品的转化利用。2j。而作为热解气化的固体产物半焦，其含量约占热解气化产物的10％～30％_。，可见，生

3、物质热解后的半焦含有极为丰富的再利用能量。生物质半焦具有挥发分低、高固定碳及热值高等特点,6-很高的利用价值‘4‘。若将热解半焦废弃，一方面会直接造成能源的过度浪费，降低生物质的利用率；另一方面，大数量弃之不用的半焦储存费用高，还会带来一定程度上的环境污染问题-。。因此，近年来国内外学者对生物质半焦的再利用非常重视。笔者对生物质半焦的气化技术做了系统的阐述，总结了目前国内外不同气化介质的生物质半焦气化方法及其研究进展。1生物质半焦的直接气化方式‘目前，在固定床反应器热解制取生物质半焦的研究中，国

4、内外常采用生物’质半焦直接气化的方式来探究不同的气化介质(水蒸气、空气、CO，和复合气)对半焦气化活性的影响。同时，研究学者们试图通过在气化过程中添加催化剂的方法提高气化反应速率，最终达到提高生物质利用率的目的。然而，在研究过程中发现，生物质半焦的单独气化存在着实际应用上的缺陷，如生物质半焦的气化温度较低，同时受季节的影响会使原料的来源范围狭窄，这在一定程度上限制了其生产规模‘”。为解决这一问题，现今研究学者们把工作重点放在了生物质半焦与煤(煤焦)的混合气化上，对进行气化实际工业应用具有一定的参

5、考价值。1．1水蒸气气化水蒸气气化以水蒸气作为气化介质，气化过程中水蒸气与生物质半焦混合发生水煤气反应：将半焦中的C转化成H：、CO、CO：及CH。等气体，可以进一步解决生物质半焦的利用问题，有利于可燃气的有效处理。该工艺目前已成为国内外研究者们最亲赖的气化工艺之一，其主要的化学反应机理如下：rc+H20—，C0+H2(1)C+2H2—一CH4(2)CH4+H20一C0+3H2(3)在研究以水蒸气为气化剂的生物质半焦气化过程中，研究学者们从多个角度出发，总结了影响聿东北电力大学博士科研启动基金资

6、助项目CBSJXM-201309)。·+车德勇，女，1975年4月生，教授。吉林省吉林市，132012。602化工机械2015焦生物质半焦水蒸气气化特性的主要因素。Matsu．motoK等研究了4种生物质半焦在水蒸气和O：为气化介质、气化温度范围为900～1000。C条件下的气化反应动力学，并选取随机孔模型进行动力学参数的求解。7。。HaykiriAcmaH等利用热重分析仪(ThermalGravimetricAnalyzer，TGA)对水蒸气气氛下的典型生物质热解半焦的气化特性进行实验研究，研

7、究认为：生物质半焦中的灰分和固定碳是参与半焦气化反应机理的主要参数邛。。DupontC等针对不同种类生物质半焦对水蒸气气化动力学的行为进行研究，发现不同生物质半焦的平均反应速率不同且差异很大，分析原因可能与半焦中的无机元素K、Si含量有关，半焦中的K元素对水蒸气气化反应具有促进作用，而si元素的存在则阻碍反应的进行一。。MarquezMF和CorderoT选取葡萄柚皮半焦为原料，分别以CO，和水蒸气为气化剂，进行气化特性的实验研究，研究发现作为农作物废弃物的生物质半焦的反应活性与无机元素种类的催

8、化作用有关。1⋯。生物质半焦气化行为还可以通过建立不同的模型寻求更准确的描述。赵辉等采用未反应收缩核模型描述了在水蒸气气氛、温度范围1000～13000C的条件下，白松、锯末与稻壳3种生物质半焦的气化反应特性，研究表明：气化反应速率会随着气化温度的提高而加快，且气化过程中c的转化率也随之增大；生物质半焦的反应性最大值发生在转化率在0．3～0．4之间，随后又开始呈下降趋势；未反应收缩核模型可以作为水蒸气气氛下生物质半焦气化的动力学模型⋯。。1．2空气气化生物质半焦气化技术中，以空气作为气化介质的方