生物質(zhì)化學(xué)鏈氣化及生物質(zhì)半焦-載氧體氣化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)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(jì)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(diǎn)，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?xì)獾募兌鹊热秉c(diǎn)，制約著生物質(zhì)氣化技術(shù)的發(fā)展，與此相比，生物質(zhì)化學(xué)鏈氣化能夠降低氣化成本，且同時(shí)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(guó)內(nèi)外關(guān)于生物質(zhì)化學(xué)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(guān)于生物質(zhì)化學(xué)鏈氣化熱力學(xué)特性及實(shí)驗(yàn)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(yīng)特性及動(dòng)力學(xué)特性研究很少，然而載氧體與生物質(zhì)半焦的機(jī)理反應(yīng)特性對(duì)生物質(zhì)化學(xué)鏈氣化至關(guān)重要。因此本文主要基以上分析進(jìn)行研究，具有重要的實(shí)際意義及學(xué)術(shù)意義。
　　本文首先采用理論方法，進(jìn)行了核桃殼化學(xué)鏈氣化熱力學(xué)特性研究，尋求優(yōu)化反應(yīng)條件，以為實(shí)驗(yàn)條件的設(shè)定提供依據(jù)；其次，應(yīng)用固定床、TG-FTIR、掃描電鏡實(shí)驗(yàn)

3、研究了核桃殼、CaSO4、水蒸氣化學(xué)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(yīng)時(shí)間長(zhǎng)短的關(guān)鍵因素；最后基于固相熱解反應(yīng)動(dòng)力學(xué)機(jī)理，深入研究了核桃殼半焦與載氧體的反應(yīng)特性及動(dòng)力學(xué)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(fù)反應(yīng)的程度，獲得了CaSO4/核桃殼高效氣化優(yōu)化反應(yīng)條件。CaSO4與核桃殼反應(yīng)的最佳摩爾比為0.11，最佳溫度為1000℃左右，對(duì)應(yīng)不同溫度適當(dāng)調(diào)高壓力，空氣反應(yīng)器中

4、最佳反應(yīng)溫度是950℃。
　　(2)發(fā)現(xiàn)CaSO4/核桃殼配比、反應(yīng)溫度與壓力、水蒸氣份額大小對(duì)核桃殼化學(xué)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(jìn)生物質(zhì)化學(xué)鏈氣化，而的增高不利于核桃殼化學(xué)鏈氣化。當(dāng)CaSO4/核桃殼質(zhì)量配比為0.4時(shí)，CO能夠達(dá)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(duì)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(shù)對(duì)核桃殼及核桃殼半焦與載氧體反應(yīng)特性研究，探討了以CaSO4為載氧體的核桃殼半焦化學(xué)鏈氣化反應(yīng)參數(shù)及特性，研究發(fā)現(xiàn)，適當(dāng)?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(yīng)速率，縮短反應(yīng)時(shí)間。CaSO4/核桃殼半焦的反應(yīng)在950℃左右存在一個(gè)失重峰，且反應(yīng)期間氣體產(chǎn)物有CO、CO2、COS、SO2等四種物質(zhì)，通過對(duì)不同配比進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)適當(dāng)?shù)奶岣逤

6、aSO4/核桃殼半焦質(zhì)量比有利用增強(qiáng)反應(yīng)活性，溫度對(duì)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(qiáng)，增強(qiáng)半焦的氣化效果。
　　(4)利用Ozawa法計(jì)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(shì)；利用Coats－Redfern積分法和Malek法對(duì)半焦/CaSO4的動(dòng)力學(xué)機(jī)理函數(shù)求取，反應(yīng)機(jī)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(xué)鏈氣化的研究成果，在一定程度上為生物質(zhì)化學(xué)鏈氣