第9卷第4期過(guò)程工程學(xué)報(bào)Vol 9 No 42009年8月The Chinese Journal of Process EnginecringAug 2009干燥/熱解與半焦氣化解耦的生物質(zhì)氣化特性胡景輝1,汪印,劉新華1,蔣登高’,許光文(1.中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所多相復(fù)雜系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京10090;2.鄭州大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院,河南鄭州45000)摘要:利用固定床上下兩段反應(yīng)器,以酒糟為氣化燃料,對(duì)比分析了解耦氣化與傳統(tǒng)耦合氣化的焦油產(chǎn)率、碳轉(zhuǎn)化率和氣化效率的差異結(jié)果表明,在解耦氣化熱解溫度550℃、氣化溫度800℃、耦合氣化溫度800℃、燃料含水量40%(o)和氣化劑中氧含量4%q)的條件下,相對(duì)于傳統(tǒng)的耦合氣化,解耦氣化焦油產(chǎn)率降低了35.3%,氣化效率、碳轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)氣率分別提高40%,184%和20%.提高燃料含水量(0-80%o)、氣化溫度(800900℃)和氣化劑中氧含量(4%~6%q,解耦氣化的焦油產(chǎn)率降幡、生成氣中H2或CO含量及燃料C轉(zhuǎn)化率的增幅均比耦合氣化高關(guān)鍵詞:解耦氣化:生物質(zhì):酒糟;焦油重整:半焦催化中圖分類號(hào):TK6文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1009606X(2009040731-071前言化 Decoupling Gasification,DG)和耦合氣化( CouplingGasification,CG)的反應(yīng)特性,驗(yàn)證解除燃料干燥/熱解普通的生物質(zhì)空氣氣化過(guò)程中,干燥、熱解、燃燒與半焦氣化、焦油重整反應(yīng)之間耦合的解耦氣化技術(shù)在焦油重整等物理變化和化學(xué)反應(yīng)耦合在一起,造成生成降低焦油生成、利用燃料水分強(qiáng)化氣化反應(yīng)過(guò)程等方面燃?xì)獾臒嶂祪H4-6MINm3,焦油含量偏高,在0.5-150的優(yōu)越性,并考察了氣化溫度和氣化劑中氧含量對(duì)解耦gNm3之間田兩段氣化可有效減少焦油的生成-n氣化與耦合氣化的不同作用.為該工藝進(jìn)一步的工程技Henriksen等通過(guò)聯(lián)合螺旋式熱解爐和下行式半焦氣術(shù)研究和應(yīng)用提供基礎(chǔ)化爐,利用半焦的催化作用使氣化氣中焦油含量降低至15mgNm;Wang等通過(guò)在重整爐中燃燒部分來(lái)自熱2實(shí)驗(yàn)解爐的熱解氣形成高溫反應(yīng)區(qū)裂解和重整焦油,可使生2.1實(shí)驗(yàn)原料成氣中的焦油含量降至05以下.但兩段氣化生原料啤酒糟采自北京燕京啤酒廠,鮮糟首先在110成的燃?xì)鉄嶂等暂^低,與普通的一段氣化接近雙床氣℃的恒溫干燥箱中干燥3b,然后自然冷卻并置于密閉化(流化床耦合輸送床)可以有效提高燃?xì)鉄嶂?吳創(chuàng)之的容器中備用,其工業(yè)分析和元素分析如表1所示等指出雙床氣化可將燃燒與熱解/氣化反應(yīng)過(guò)程分離表1千酒糟的工業(yè)分析與元素分析有效避免了燃燒空氣帶入的N2和燃燒生成的CO2對(duì)氣 Table 1 Proximate and ultimate analysis of dried beer lees化氣的稀釋,生成燃?xì)獾臒嶂颠_(dá)10-15MJNm3.但現(xiàn)存的流化床氣化操作溫度通常在900℃以下,造成燃FC Ca Ho Na Or+Sy (MJ/kg)19903931617487467345838951468氣中焦油含量在10-50gNm3之間,使氣化效率偏低.Noe) ower heating value而且, McKendry指出,氣化燃料含水量超過(guò)30%a)實(shí)驗(yàn)用半焦的制備:依據(jù)解耦氣化實(shí)驗(yàn)中要考察的時(shí)將造成點(diǎn)火困難和氣化效率下降酒糟含水量對(duì)干糟進(jìn)行加濕并置于嚴(yán)密坩堝中,待熱解為同時(shí)解決氣化過(guò)程中焦油產(chǎn)率高、生成氣熱值較爐升至550℃時(shí),迅速將坩堝放入熱解爐中,熱解時(shí)間低、且對(duì)高水分燃料適應(yīng)性差的問(wèn)題,Xu等提出了與解耦氣化時(shí)間相同如30mn取出坩堝在空氣中冷新型雙床氣化(解耦雙床氣化)工藝.與普通雙床氣化不卻2~3min后放入干燥器中冷卻至室溫備用同的是,此工藝在流化床反應(yīng)器內(nèi)增加隔板,將其分為2.2實(shí)驗(yàn)裝置與儀器左右兩室,使生物質(zhì)干燥/熱解與半焦氣化、焦油重整反實(shí)驗(yàn)用反應(yīng)器為雙層石英反應(yīng)器(圖1),由外反應(yīng)應(yīng)過(guò)程分離,且有效利用了燃料干燥產(chǎn)生的蒸汽作為反管(內(nèi)徑36mm,高1380mm)、內(nèi)部上反應(yīng)管(內(nèi)徑26應(yīng)劑,獲得低焦油、較高熱值的氣化氣.為此,本工作mm,高815mm)、內(nèi)部下反應(yīng)管(內(nèi)徑26mm,高650使用具有上下兩段的固定床反應(yīng)裝置研究模擬解耦氣mm中國(guó)煤化工成為實(shí)現(xiàn)上、下內(nèi)收稿日期:200903-31,修回日期:20090424CNMHG基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金青年基金資助項(xiàng)日(編號(hào):034):國(guó)家自然科學(xué)基金賢助域日(瑞:U1614作者簡(jiǎn)介:胡景輝(1982-),男,河兩省周口市人,碩士研究生,化學(xué)工藝專業(yè);許光文,汪印,通訊聯(lián)系人, Tel/Fax:0106255005E-mail: gwxu@home. ipe, ac cn, wangyin@home. ipe.accn.過(guò)程工程學(xué)報(bào)第9卷8. Wet volume gas9, 10. Drying bottes11. Gasbag圖1氣化實(shí)驗(yàn)裝置示意圖Fig 1 Schematic diagram of the gasification experimental apparatus反應(yīng)管的配合,在內(nèi)部上反應(yīng)管下端有一縮徑;上、下間(如30min平均而確定內(nèi)反應(yīng)管中均有一厚度為3mm的石英燒結(jié)板以支撐物耦合氣化實(shí)驗(yàn)流程與解耦氣化相似,不同的是只在料和分散氣流,反應(yīng)管組裝過(guò)程中,內(nèi)、外反應(yīng)管及上上內(nèi)反應(yīng)管中放置與解耦氣化實(shí)驗(yàn)相同量的干酒糟,且反應(yīng)管上蓋之間通過(guò)磨口密封,上、下內(nèi)反應(yīng)管可分別所需的空氣與氮?dú)舛紡纳蟽?nèi)反應(yīng)管通入從外反應(yīng)管的兩端取出,便于加料和冷卻等操作.該上2.3.2分析方法下兩段反應(yīng)器采用雙溫區(qū)控溫電爐加熱生成的可燃?xì)鉄嶂? Lower Heating Value,LHV)儀器: agilent300(微型氣相色譜儀(美國(guó) Agilent公MJNm3)為單位體積生成氣中的可燃?xì)怏w成分,包括司,ABB-AO2020煙氣分析儀(德國(guó)ABB公司),DH-101H2CO,CH,C2H4,C2H,C3H6CH的熱值總和,按下型恒溫干燥箱(上海新苗醫(yī)療器械制造有限公司),式計(jì)算FA04分析天平(上海天平儀器廠),HX1050恒溫水浴Hv=∑【(NN)xLH冷凝器(北京博醫(yī)康實(shí)驗(yàn)儀器有限公司),LMF-1型濕式體積流量計(jì)(長(zhǎng)春汽車濾清器有限責(zé)任公司),自制熱解基于氣相色譜測(cè)得的氣體各組分濃度,結(jié)合同時(shí)測(cè)爐、秒表等量的從反應(yīng)器釋放的氣體體積摩爾流率,按下式計(jì)算2.3實(shí)驗(yàn)方法0-t時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)化為氣體(不含H2O的C及H元素轉(zhuǎn)化率,23.1實(shí)驗(yàn)流程以t時(shí)刻C的轉(zhuǎn)化率XC為例解耦氣化實(shí)驗(yàn)流程如圖1所示,首先在上內(nèi)反應(yīng)管x100%.中放置一定量干酒糟(5g),通入氮?dú)饧s1943 NL/min)將反應(yīng)管內(nèi)的空氣完全排凈;下內(nèi)反應(yīng)管中放置與上內(nèi)相應(yīng)地,本工作定義產(chǎn)氣率Ya為單位質(zhì)量的酒糟反應(yīng)管中所放酒糟在相同的熱解條件下熱解所得的半(干重)通過(guò)氣化生成的不含O2,N2的氣體總體積,氣化焦(12g),相當(dāng)于把上段熱解的半焦放到了下段,從而效率n為生成燃?xì)獾目偀嶂嫡季圃惆l(fā)熱量的百分比,總實(shí)現(xiàn)氣化反應(yīng)的解耦.待電爐溫度升至指定溫度后(如碳轉(zhuǎn)化率X為氣化氣中含C摩爾量占?xì)饣木圃阒泻隙螠囟?50℃,下段溫度800℃),把通入下內(nèi)反應(yīng)管C摩爾量的百分比中的氮?dú)馇袚Q為空氣約0457 NL/min),將上、下內(nèi)反氣體中焦油的收集方法:實(shí)驗(yàn)后,將冷凝器和所有應(yīng)管從上、下2個(gè)方向同時(shí)插入外反應(yīng)管中,解耦氣化可能有冷凝物的連接管用丙酮溶液清洗3次以上,收集實(shí)驗(yàn)開(kāi)始計(jì)時(shí).上反應(yīng)段進(jìn)行燃料干燥/熱解,熱解氣清洗液和洗氣瓶中的丙酮溶液,在50℃恒溫干燥箱中(含水蒸汽向下通過(guò)半焦層進(jìn)行半焦氣化和焦油重整反千燥至恒重,稱量.稱得的焦油量與纖維過(guò)濾器實(shí)驗(yàn)前應(yīng),氣化生成氣由下部排出,經(jīng)恒溫冷凝器冷凝、纖維后的質(zhì)量差之和即定義為所產(chǎn)生的總焦油量,其除以被過(guò)濾器過(guò)濾、丙酮/水洗、硅膠干燥后一部分由氣袋連續(xù)氣化的酒糟質(zhì)量即為焦油產(chǎn)率Yx收集,由微型氣相色譜離線分析,另一部分通過(guò)旁路(反應(yīng)即將結(jié)束時(shí)經(jīng)煙氣分析儀監(jiān)測(cè)后)排空.當(dāng)煙氣分析3中國(guó)煤化工儀檢測(cè)到的CO2含量為059%q)時(shí),結(jié)束氣化反應(yīng)實(shí)驗(yàn)CNMHG酒糟含水量通過(guò)向干酒糟中連續(xù)注水模擬,由柱塞泵監(jiān)7及應(yīng)承件下的解耦氣化與控注水流率,流率依據(jù)酒糟含水量、針對(duì)給定的反應(yīng)時(shí)耦合氣化的實(shí)驗(yàn)結(jié)果.解耦氣化實(shí)驗(yàn)條件:上段熱解溫第4期胡景輝等:千燥/熱解與半焦氣化解耦的生物質(zhì)氣化特性733度550℃,下段氣化溫度800℃,氣化劑中氧含量4%q)半焦氣化與焦油碳?xì)浠衔镏卣磻?yīng),充分發(fā)揮了半焦耦合氣化實(shí)驗(yàn)條件:上、下反應(yīng)段溫度均為800℃,氣對(duì)重整反應(yīng)的催化作用口,并利用干燥/熱解所產(chǎn)水蒸化劑中氧含量4%q)實(shí)驗(yàn)用酒糟的水分含量分別為汽作為反應(yīng)劑,促進(jìn)半焦氣化及焦油/碳?xì)浠衔镏卣?09ao圖2(a)]和60%(ω0圖2(b)]上段熱解溫度選擇應(yīng):550℃的根據(jù)為:(1)實(shí)際操作過(guò)程中生物質(zhì)熱解通常發(fā)C, H +nH,0+nCo+(n+m/2)H2生在500~600℃;(2)在低溫?zé)峤鈼l件下實(shí)現(xiàn)的效果較耦合氣化具有優(yōu)勢(shì)(如生成的焦油更低),能確保在高溫從而降低焦油產(chǎn)率、增加單位質(zhì)量燃料的產(chǎn)氣率和氣化熱解條件下該結(jié)果成立效率.圖2還表明,解耦氣化的生成氣熱值稍低,如從圖2表明,解耦氣化的焦油產(chǎn)率明顯低于耦合氣耦合氣化的119MNm3降為解耦氣化的103化,而氣化效率、碳轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)氣率比耦合氣化都有一MNm圖2(a),實(shí)質(zhì)上緣于圖3所示2種氣化方式在定程度的增加.針對(duì)含水量409%(a)的燃料圖2(a),單生成氣組成上的差異位質(zhì)量酒糟的焦油產(chǎn)率由耦合氣化的527g/kg降低到圖3表明,解耦氣化由于使燃料干燥熱解的生成氣解耦氣化的341kg,氣化效率、碳轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)氣率則(含蒸汽)通過(guò)氣化的半焦層,在促進(jìn)焦油裂解生成小分分別由耦合氣化的51%,71.8%和065Nm3/kg增加至子可燃性氣體的同時(shí),一部分大分子碳?xì)浠衔镆舶l(fā)生解耦氣化的540%,85.0%和078Nm3/kg了裂解[式(3)使C2H4,C2Hb,C3HC3H3濃度明顯降低解耦氣化由于分離了燃料干燥/熱解與半焦氣化,而H2,CO含量則大幅增加.熱解和燃燒反應(yīng)生成的CO2使干燥/熱解的生成氣通過(guò)半焦層,在半焦層中同時(shí)發(fā)生參與半焦氣化反應(yīng)[式(4)],使其摩爾分率較耦合氣化低(a)H,O 40%(o)in fuel(b)H 60%(o)in fuel4515么么么么么么么么么么EGasification parameterGasification parameter圖2解耦與耦合氣化的焦油產(chǎn)率、氣體熱值、產(chǎn)氣率、氣化效率和碳轉(zhuǎn)化率的比Fig 2 Comparison of tar yield, LHV of produced gas, gas yield, gasification efficiency and carbon conversionrate between decoupling gasification(DG)and coupling gasification(CG) processes(a)H,o 40%(o)in fuel(b)H, 0 60%(op)in fuel圖閣「蔑「中國(guó)煤化工C2HGas speciesCNMHG圖3解耦與耦合氣化生成734過(guò)程工程學(xué)CO2+(4)解耦氣化由于分離了燃料干燥/熱解與半焦氣化,另一方面,耦合氣化也必然首先發(fā)生燃料熱解反干燥/熱解產(chǎn)生的水蒸汽被充分用作焦油重整與半焦氣應(yīng),表明在800℃的耦合氣化溫度時(shí)仍可能產(chǎn)生較多的化的反應(yīng)劑,含水量增加促進(jìn)了焦油重整反應(yīng)[式(3)碳?xì)浠衔?因此,如果CH在其通過(guò)800℃的氣化半從而降低焦油產(chǎn)率,證明解耦氣化可有效利用燃料水分焦層時(shí)難以裂解和重整,圖3解耦氣化的低CH4生成可降低焦油產(chǎn)率.同時(shí),解耦氣化中半焦層對(duì)焦油裂解的能與其低熱解溫度(550℃)有關(guān)對(duì)應(yīng)這種組成特性,解催化作用使生成氣中的焦油含量進(jìn)一步降低1,圖4還耦氣化生成氣由于其高CO和H2、低CHn濃度而具有表明,燃料水分由0增至409(o)時(shí),解耦氣化的焦油較低的熱值產(chǎn)率減少幅度最大,從42.7gkg降到341gkg,降幅圖2,3中針對(duì)燃料含水量60%0的實(shí)驗(yàn)圖2(b),達(dá)201%:水分含量進(jìn)一步增加,焦油產(chǎn)率的降低相對(duì)3(b)揭示了相同的結(jié)果,進(jìn)一步證明了前述解耦與耦合變?nèi)?如從水分4090)時(shí)的34.1gkg降到水分60%)氣化的效果.時(shí)的318gkg,降幅僅為67%.考慮到水蒸汽用量增加32氣化條件的影響會(huì)降低氣化系統(tǒng)的熱效率,解耦氣化適宜的水蒸汽用氣化過(guò)程水蒸汽量、反應(yīng)溫度和氣化劑中氧含量對(duì)量(包括燃料自身的水分)應(yīng)為燃料量的40%)左右解耦氣化與耦合氣化有不同的作用在上述實(shí)驗(yàn)條件下,圖5比較了燃料水分含量由03.21水蒸汽增至40%(a)時(shí)解耦氣化與耦合氣化的H2含量和C轉(zhuǎn)化燃料中水分在干燥/熱解階段蒸發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)樗羝?率,其中數(shù)據(jù)上方的百分?jǐn)?shù)代表對(duì)應(yīng)參數(shù)的相對(duì)變化率在解耦氣化中這部分水蒸汽可作為氣化劑參與反應(yīng)[式可見(jiàn),兩種情形下水含量對(duì)氣化行為的影響趨勢(shì)相同,(3)]因此,有必要研究燃料含水量對(duì)氣化過(guò)程的影響.但解耦氣化時(shí)的變化幅度更大如解耦氣化生成氣中本工作利用連續(xù)注水方式模擬連續(xù)氣化中由燃料干燥/H2含量和C轉(zhuǎn)化率增幅分別達(dá)17.8%和91%,高于耦熱解產(chǎn)生的水蒸汽量.圖4比較了燃料含水量080%a)合氣化的44%和26%該結(jié)果進(jìn)一步證明,解耦氣化的解耦與耦合氣化2種情形下的焦油產(chǎn)率,其中解耦氣利用燃料水分強(qiáng)化焦油重整[式(3)和促進(jìn)半焦氣化{式化的上段熱解溫度550℃、下段氣化溫度800℃、氣化(5)]的能力比耦合氣化強(qiáng)劑中氧含量49%q),而耦合氣化中上、下反應(yīng)段溫度均C+H2O→CO+H2為800℃,氣化劑中的氧含量相同[4%qCG DG CG DGWater content in the fuel, mHo(%, oo)圖5解耦與耦合氣化的生成氣中H2含量和C轉(zhuǎn)化率隨燃料水分含量的變化圖4解耦與耦合氣化中燃料水分對(duì)焦油產(chǎn)率的彩響Fig 5 Variations of H2 content in produced gas and carbonFig 4 Effects of water content in the fuel on tar yield inconversion rate with water content in the fuel forcoupling and coupling gasificdecoupling and coupling gasification processes由圖4可看出,可利用燃料水分作為氣化劑的解耦322溫度和氧含量氣化①G)的焦油產(chǎn)率隨燃料含水量的增加明顯降低,即固定燃料水分含量40%a),在解耦氣化上段熱解由427gkg降到28.0gkg,降幅達(dá)344%.而耦合氣化溫度中國(guó)煤化工4%)條件下比較(C時(shí)燃料水分的作用很小,在水分0-80%)范圍內(nèi)了不偶?xì)饣c耦合氣化焦耦合氣化的焦油產(chǎn)率由529gkg降到45.0gkg,降幅油CNMHG氣化上段熱解溫度僅149%550℃、下段氣化溫度800℃、耦合氣化上、下反應(yīng)段胡景輝等:干燥熱解與半焦氣化解耦的生物質(zhì)氣化特性溫度均為800℃條件下比較了氣化劑中氧含量(4%6%焦油產(chǎn)率從341g/kg降低到252gkg,降幅達(dá)26.0%q)對(duì)解耦氣化與耦合氣化的焦油產(chǎn)率的影響圖6(b耦合氣化的焦油產(chǎn)率則從527g/kg降低到445gkg可見(jiàn),升高氣化溫度[圖6(a)或增加氣化劑中氧含降幅僅為155%.氣化劑中氧含量增加圖6),解耦氣量圖6()]都可使氣化過(guò)程的焦油產(chǎn)率減少,與文獻(xiàn)報(bào)化與耦合氣化的焦油產(chǎn)率降幅分別是17.5%和18%道相符.但圖6進(jìn)一步揭示了在相同的氣化溫度和氧這些結(jié)果表明,解耦氣化中半焦的催化作用強(qiáng)化了氣化含量條件下,解耦氣化的焦油產(chǎn)率明顯比耦合氣化低,溫度及氣化劑中氧對(duì)焦油裂解、重整反應(yīng)的作用2.因而且隨反應(yīng)條件的變化解耦氣化的焦油產(chǎn)率降低幅度此,變化相同反應(yīng)溫度或氧含量,解耦氣化更大幅度地耦合氣化大.在圖6(a)中(氣化溫度變化),解耦氣化的抑制了焦油的生成c(%.可75%20Gasification method圖6解耦與耦合氣化中氣化溫度與氣化劑中氧含量對(duì)焦油產(chǎn)率的影響Fig 6 Effects of gasification temperature and oxygen content in gasification reagent ontar yield in decoupling and coupling gasification processes4.8%30區(qū)90z2618.675CGCG DGGasification methodGasification method圖7解耦與耦合氣化的生成氣中CO含量和C轉(zhuǎn)化率隨溫度和氧含量的變化Fig7 Variations of CO content in produced gas and carbon conversion rate with gasification temperatureand oxygen content for decoupling and coupling gasification processes圖7比較了與圖6相同實(shí)驗(yàn)中得到的解耦與耦合氣含量增加93%和159%這些結(jié)果與圖6所揭示的焦油化生成氣中CO含量和C轉(zhuǎn)化率,表明2種氣化方式都產(chǎn)率隨溫度及氣化劑中氧含量的變化趨勢(shì)互為因果關(guān)增加了轉(zhuǎn)化為氣體的C轉(zhuǎn)化率,并使生成氣中CO濃度系,即隨氣化溫度和氣化劑中氧含量的增加,耦合氣化更高.化學(xué)反應(yīng)上該結(jié)果主要源于高反應(yīng)溫度下焦油/的焦油減少幅度較低表明了通過(guò)焦油裂解和重整轉(zhuǎn)化碳?xì)浠衔锔嗟乇环纸夂椭卣鸞式(3),而增加氣化劑為生成氣的物料量少,因而導(dǎo)致C轉(zhuǎn)化率及生成氣中中的氧含量則直接增加了O2與半焦、焦油的氣化反應(yīng).CO中國(guó)煤化工但圖7表明,耦合氣化時(shí)CO含量和C轉(zhuǎn)化率的增加比3.3CNMHG解耦氣化低,如800~900℃溫度時(shí)圖7(a)],耦合與解分機(jī)對(duì)胛柄與可氣化的最終氣化效果,而耦氣化的C轉(zhuǎn)化率相對(duì)增加06%和4.7%,生成氣中CO操作條件對(duì)兩種氣化方式下燃料轉(zhuǎn)化的影響過(guò)程尚不過(guò)程工程學(xué)報(bào)第9卷清楚.因此,通過(guò)比較燃料中C,H元素轉(zhuǎn)化率隨反應(yīng)時(shí)與其熱解發(fā)生在較高溫度下有關(guān),而反應(yīng)后段解耦氣化間的變化,揭示解耦和耦合在氣化進(jìn)程方面的差異表現(xiàn)的較高C轉(zhuǎn)化率與其在半焦催化作用下將焦油更圖8表示了對(duì)應(yīng)圖47的C轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間的變化,多地轉(zhuǎn)化為氣體產(chǎn)品有關(guān)對(duì)于解耦氣化,燃料熱解與表明不同實(shí)驗(yàn)條件下燃料的C轉(zhuǎn)化率有一個(gè)共同特點(diǎn):半焦氣化及焦油重整要求在反應(yīng)上相互匹配.上段高速解耦氣化的C轉(zhuǎn)化率在初始反應(yīng)階段(前500s)比耦合熱解可能致使其產(chǎn)生的焦油在下段半焦氣化中來(lái)不及氣化低,而在反應(yīng)后段比耦合氣化高,即總的C轉(zhuǎn)化率被催化裂解和重整.因此,雖然圖8揭示了解耦氣化在高.解耦氣化實(shí)驗(yàn)中將原料與半焦分別放置于反應(yīng)器的初期具有一定的反應(yīng)滯后,但該特點(diǎn)有利于利用半焦催上段和下段,熱解溫度為550℃,而耦合氣化時(shí)上下段化功能,強(qiáng)化焦油裂解和重整,降低氣化過(guò)程中焦油的均為800℃.因此,耦合氣化初始階段的較高C轉(zhuǎn)化率生成,提高產(chǎn)氣率和氣化效率遲DG CGDG C T (C)△40500100015002000250005001000150020002500圖8不同反應(yīng)條件下解耦與耦合氣化C轉(zhuǎn)化率(XC)隨反應(yīng)時(shí)間的變化Fig 8 Transient carbon conversion rate(c)under different gasification conditions for decoupling and coupling gasification processes乙▲DG CG m。(%,DG CG T(℃150020002500050010001500.2000圖9不同反應(yīng)條件下解耦與耦合氣化H轉(zhuǎn)化率隨反應(yīng)時(shí)間的變化Fig9 Transient hydrogen conversion rate under different gasification conditions for decoupling and coupling gasification processes圖9反映了在上述實(shí)驗(yàn)條件下變化燃料水分和氣量比耦合氣化低化反應(yīng)溫度時(shí)的H轉(zhuǎn)化率動(dòng)態(tài)變化過(guò)程,同樣揭示了解耦氣化在反應(yīng)初期比耦合氣化有一定滯后,但耦合氣化4結(jié)論實(shí)現(xiàn)的總H轉(zhuǎn)化率仍然比解耦氣化低,盡管差異程度不利用微型固定床上下兩段反應(yīng)器,以酒糟為燃料大圖9顯示解耦氣化與耦合氣化的最大H轉(zhuǎn)化率均僅對(duì)比分析了不同實(shí)驗(yàn)條件下解耦氣化與傳統(tǒng)耦合氣化在40%左右,這可能是由于在本實(shí)驗(yàn)條件下大部分H在焦油脫除、氣體組成及氣化效率等方面的差異,得到與反應(yīng)劑中的O2發(fā)生了反應(yīng),轉(zhuǎn)變?yōu)樗?雖然圖3表明以下中國(guó)煤化工生成氣中的H2含量在解耦氣化時(shí)明顯高于耦合氣化,CNMHG化由于分離了干燥但圖9卻顯示2種氣化方式時(shí)的H轉(zhuǎn)化率相差很小,原熱解雙性,僅白質(zhì)油的熱解氣通過(guò)熾熱因是解耦氣化的生成氣中其他含氫氣體(碳?xì)浠衔?含半焦層,充分利用半焦的催化作用進(jìn)一步強(qiáng)化焦油碳?xì)涞?期胡景輝等:干燥/熱解與半焦氣化解耦的生物質(zhì)氣化特性737化合物的裂解與重整反應(yīng),因此焦油產(chǎn)率低,產(chǎn)氣率、參考文獻(xiàn):C轉(zhuǎn)化率及氣化效率高,而且生成氣中H2含量高,碳許光文,紀(jì)文峰,萬(wàn)印華,等輕工業(yè)纖維素生物質(zhì)過(guò)程殘?jiān)茉崔D(zhuǎn)化技術(shù)團(tuán)學(xué)進(jìn)展,2007,19(78:1164-1176氫化合物含量低[2] Devi L, Ptasinski K J, Janssen F JJ G A Review of the Primary(2)變化燃料含水量,解耦氣化比耦合氣化顯示了Measures for Tar Elimination in Biomass Gasification Processes U更強(qiáng)的抑制焦油生成、提升C轉(zhuǎn)化率和增加生成氣中Biomass Bioenergy, 2003, 24(2): 125-140.H2含量的能力燃料含水量從0增至40%a),解耦氣]Buir,LofR, Bhattacharya S C.Mli. stage Reactor for ThermalGasification of wood U]. 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College of chemical Engineering, Zhengzhou University, Zhengzhou, Henan 450001, China)Abstract: Using a laboratory two-stage fixed-bed reactor, the characteristics of decoupling gasification(dg)of beer lees, in comparisonwith that of traditional coupling gasification(CG), were investigated on tar yield, carbon conversion rate andExperimental results showed that under the reaction temperature of 550 C for pyrolysis, 800 C for gasification in DG and 800C in CGwater content of 40%()in the fuel and Oz content of 4%() in the gasification reagent, compared with CG the tar yield was decreasedby 35.3%, the gasification efficiency, carbon conversion rate and gas yield weExamination of the effects of water content in the fuel (0-80%, o), gasificat中國(guó)煤化工 xygen content in then reagent(4%6%, p )demonstrated that DG led to more consideraCN MH GIng higher Hz or COcontent in the produced gas and higher carbon conversion rateKey words: decoupling gasification; biomass; beer lees; tar reforming; char catalysis