第27卷第3期林產(chǎn)化與工業(yè)Vol 27 No. 32007年6月Chemistry and Industry of Forest ProductsJune 2007生物質(zhì)熱解氣化行為的研究孫云娟,蔣劍春(中國林業(yè)科學(xué)研究院林產(chǎn)化學(xué)工業(yè)研究所;國家林業(yè)局林產(chǎn)化學(xué)工程重點(diǎn)開放性實(shí)驗(yàn)室,江蘇南京210042)摘要:以國定床為氣化反應(yīng)器,對(duì)生物質(zhì)水蒸氣氣化的特性進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)研究。氣化介質(zhì)水蒸氣為一定溫度下的蒸汽,由一定流量的氦氣載入反應(yīng)體系內(nèi)。實(shí)驗(yàn)探討了采用楊木屑作為氣SUN Yunμuan化原料時(shí),氣化溫度、以原料浸泡方式加入的催化劑類型、水蒸氣加入量等主要參數(shù)對(duì)氣體產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明:在較高氣化溫度下,白云石催化劑中鐵含量越多,比表面積越大,中孔越多,水蒸氣加λ量越多,對(duì)氣化反應(yīng)越有利。在原料量1500mg、反應(yīng)溫度900℃、水蒸氣蒸發(fā)溫度48℃、陜西白云石催化劑狀態(tài)下得到的最高氫氣產(chǎn)量為5.95mL/min。關(guān)鍵詞:生物質(zhì);固定床;氣化;白云石中圖分類號(hào):TQ351.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):0253-2417(2007)03-0015-06Study on Biomass Pyrolysis and gasificationSUN Yun-juan, JIANG Jian-chunInstitute of Chemical Industry of Forest Products, CAF; Key and Open LabonForest Chemical Engineering SFA, Nanjing 210042, China)Abstract: The characteristics of biomass toward steam gasification in a fixed-bed were studied by experiments. Saturated steamas carried into the gasifier by N2. Effects of gasification conditions on yield of fuel gas, such as gasification temperature, styleof catalyst and steam quantity in the gasifier when using poplar sawdust as raw material were investigated. From the experimentalresults, it can be seen that higher reaction temperature, proper style of calcined dolomite( higher iron content, bigger specificsurface area and more mesopores )and higher steam quantity were profitable conditions. The highest hydrogen yield5. 95 mL/ min, was achieved under the conditions of poplar sawdust mass 1 500 mg, reaction temperature 900 C, steam( mixedquantitatively with N2)saturation temperature 48C using Shaanxi dolomite, as catalystKey words: biomass; fixed bed; gasification; dolomite隨著化石能源的逐漸枯竭,人們加快了生物質(zhì)制取清潔能源的探索步伐。我國是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國,有著豐富的生物質(zhì)資源,每年至少有農(nóng)林廢棄物約7億噸折合標(biāo)準(zhǔn)煤約為3.5億噸。過去經(jīng)常是采用傳統(tǒng)的直接燃燒的方式利用這些生物質(zhì)能源,而近年來由于化石燃料進(jìn)入農(nóng)村,部分農(nóng)村(特別是較發(fā)達(dá)地區(qū)農(nóng)村)生物質(zhì)能的使用量下降,目前每年實(shí)際使用量僅為2.2億噸標(biāo)煤,生物質(zhì)相對(duì)過剩。這些過剩的生物質(zhì)大多被廢棄,或隨意焚燒,造成環(huán)境污染。直接當(dāng)燃料使用時(shí),其熱效率也僅為10%~20%。而將生物質(zhì)氣化成氣體燃料后再使用,熱效率可提高30%以上2。因而對(duì)生物質(zhì)進(jìn)行熱化學(xué)處理制取可燃?xì)怏w是一種很有前景的能源開發(fā)方式。生物質(zhì)熱解氣化是生物質(zhì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)換過程的重要內(nèi)容,基本原理是在不完全燃燒條件下,將生物質(zhì)原料加熱,使較高相對(duì)分子質(zhì)量的有機(jī)碳?xì)浠衔镦溋呀?變成較低相對(duì)分子質(zhì)量的CO、H2、CH4等可燃性氣體,在轉(zhuǎn)換過程中可以用空氣、氧氣或水蒸氣等氣化介質(zhì)4。國內(nèi)外關(guān)于生物質(zhì)氣化流化床的研究1寧莊由今面的研究比較少,生中國煤化工CNMHG收稿日期:2006-06-22基金項(xiàng)目:國家科技支撐計(jì)劃資助項(xiàng)目(2006BAD07A03);國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(30671649)作者簡介:孫云娟(1979-),女,河北唐山人,碩士,主要從事生物質(zhì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化方面的研*通訊作者:蔣劍春,研究員,博士生導(dǎo)師,從事林產(chǎn)化學(xué)加工領(lǐng)域的生物質(zhì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù),活性炭制備和應(yīng)用的基礎(chǔ)研究及開發(fā)設(shè)計(jì)工作。林產(chǎn)化學(xué)與工業(yè)第27卷物質(zhì)在固定床中會(huì)有一些特殊的氣化行為。在本研究過程中,采用水蒸氣作為氣化介質(zhì),研究了生物質(zhì)在固定床中的氣化行為。1實(shí)驗(yàn)部分1.1實(shí)驗(yàn)原料與裝置反應(yīng)原料采用的是東北楊木屑?？諝飧稍锘鶙l件下,元素分析質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為:C4561%,H6.08%,048.18%,S0.13%;工業(yè)分析質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為:水分8.64%,灰分0.56%,揮發(fā)分77.87%,固定碳12.94%。實(shí)驗(yàn)過程中稱取干燥楊木屑1500mg在前人36的諸多催化氣化反應(yīng)過程中,大多采用了Ca0或MgO作為一級(jí)反應(yīng)催化劑直接添加到氣化反應(yīng)器中,用以增加氣體的產(chǎn)量,減少焦油的產(chǎn)生。白云石煅燒后主要成分是CaO和Mg0的絡(luò)合物,并且白云石相對(duì)于純的CaO和MgO來說價(jià)廉易得,且用后不需處理回收,所以本實(shí)驗(yàn)選擇了白云石作為一級(jí)反應(yīng)的催化劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)過程中用到的白云石分別是江蘇、陜西浙江和安徽的白云石原礦石,實(shí)驗(yàn)前將白云石在氮?dú)獗Ｗo(hù)下于900℃煅燒4h(氮?dú)獾淖饔檬桥懦諝庵猩倭緾O2對(duì)煅燒過程的干擾),煅燒后的白云石密閉保存。將煅燒后的白云石研細(xì)稱取150mg制成懸濁液,與木屑混合,烘干,作為氣化反應(yīng)的原料。白云石催化劑的組成及表征如表1所示表1不同產(chǎn)地自云石催化劑的組成及表征Table 1 Chemical composition and pore structure of different calcined dolomites as catalyst from different places比表面積產(chǎn)地組成 composition/%(m2g)粒徑/mplaces C0, SiO2 Al2, Fe, 0, Ca0 Mgo K20 Na20 P20, Mno TiO, specificparticle size江蘇 Jiangsu30.000.340.020.2437.4731.660.010.010.090.0760.007.90浙江 Zhejiang48.610.350.140.0330.7220.120.020.010.010.0020.00陜西 Shaanxi50.000.250.4826.1422.390.010.010.020.07100.38安徽Anh20.80460114.035764745.611.500.090.070.n0.894.0540-200實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示,生物質(zhì)固定床氣化反應(yīng)器是由一個(gè)熱重分析儀來充當(dāng),楊木屑盛放在熱重分析儀的反應(yīng)籃中,與氮?dú)鈳淼乃魵膺M(jìn)行氣化反應(yīng),分別在600、700、750、800、850和900℃反應(yīng)15min取樣進(jìn)行分析。1.2焦油的收集從反應(yīng)系統(tǒng)中出來的產(chǎn)物氣體要經(jīng)過兩個(gè)焦油收集器,將產(chǎn)物氣中的焦油冷凝收集下來,其中一級(jí)收集器中盛放的是冰水混合物,二級(jí)收集器中盛放的是鹽冰水混合物。冷凝下來的焦油用四1.氮?dú)怃撈?nitrogen cylinder;2.轉(zhuǎn)子流量計(jì) rotameter;3.水蒸氣發(fā)生器team氫呋喃洗滌,蒸發(fā)掉四氫呋喃和少量水,mr;4熱重分析儀控制面板 control panel of山 thermogravimetric analyzer;即得到產(chǎn)物焦油的質(zhì)量5.天平 balance;6氣化反應(yīng)器電爐 electric oven of gasification reactor;7.反應(yīng)籃 reaction hasket;8.加熱帶 heating band;9.電腦控制單元 computer control1.3氣體取樣和分析it;10.測溫點(diǎn)中國煤化工器 voltage regulator經(jīng)過除焦油后的氣體,用取氣袋收集12焦油收集器(以備氣體分析。氣體分析采用山東魯南 ar collector (tYHCNMHG焦油收集器(二級(jí))瑞虹化工儀器有限公司生產(chǎn)的SP-6800A圖1生物質(zhì)在固定床反應(yīng)器內(nèi)的水蒸氣氣化流程圖氣相色譜儀,以氬氣作為載氣,色譜柱為Fg1 Schematic diagram of biomass gasification in fixed-bed reactor第3期孫云娟,等:生物質(zhì)熱解氣化行為的研究C-2000的不銹鋼填充柱(d3mmx3m),將產(chǎn)物氣中重要成分H2、N2、CO、CH4、CO2等進(jìn)行分離分析。2結(jié)果與討論在有水蒸氣參與的生物質(zhì)氣化過程中主要發(fā)生如下化學(xué)反應(yīng):CO+h,orh,+c0,+41 kJ/mol(1C+C0,F2C0-173 kJ/ molC +2H,OF2H 2+CO2 --75 k]/ molC+h,o-H,+C0-131 kJ/mol2H,+C=CH, +75 kJ/ molCH4+H2OFCO+3H,-206 kJ/ molCH4 +2H,O=C02+4H,-165 k/ mol其中反應(yīng)式(4)是水蒸氣氣化反應(yīng)的基本反應(yīng)。數(shù)據(jù)分析過程中所提到的各變量定義如下:y1=m1/m0×100%;y2=m2/m×100%;y3=(m3-m'3)/m3×100%式中:y1一焦油產(chǎn)率,%;m1一所產(chǎn)生的焦油質(zhì)量,mg;m一原料楊木屑質(zhì)量,mg;y2一剩余率,%;m2所產(chǎn)生的炭質(zhì)量,mg;y3一焦油裂解率,%;m2裂解前焦油質(zhì)量,mg;m’-裂解后焦油質(zhì)量,mg2.1溫度對(duì)氣化反應(yīng)的影響由前面的7個(gè)反應(yīng)式中可以看出,氣化過程中進(jìn)行的大部分反應(yīng)都是吸熱反應(yīng),提高反應(yīng)溫度對(duì)氣化過程很有利。因而溫度成為影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的一個(gè)重要參數(shù),蔌保持其他反應(yīng)條件不變,改變氣化反應(yīng)的溫度,實(shí)驗(yàn)結(jié)4果如圖2所示。從圖2中可看出,隨著溫度的升高,總產(chǎn)氣量逐漸增加,H2含量也逐漸增加,CH4含量逐漸降低,CO含量從700℃開始隨著溫度的升高含量逐漸增加,到900℃060m00308080左右達(dá)到最大值,CO2隨溫度的變化趨勢(shì)不是很明顯。溫度/℃這說明隨著反應(yīng)溫度的升高,雖然有很多的CO和CH40-H=口=C0,-△-CH4x10;▲-C2發(fā)生了氣化反應(yīng),見式(1)、(6)和(7),但由于反應(yīng)(2)●一總產(chǎn)氣量 total fuel gas output和(4)是較為主要的反應(yīng),所以氣體中仍含有較多的圖2溫度對(duì)氣體產(chǎn)量的影響CO。比較反應(yīng)式(1)-(7)可以發(fā)現(xiàn),除了反應(yīng)(1)、Fg.2 Effect of reaction temperature on the yield of(5)為輕微放熱反應(yīng)外,其它水蒸氣氣化反應(yīng)均為吸fuel熱反應(yīng),因而從化學(xué)平衡的觀點(diǎn)來看提高溫度有利于吸熱反應(yīng)的進(jìn)行。H2產(chǎn)生的反應(yīng)均為吸熱反應(yīng)所以提高反應(yīng)溫度有利于H2的產(chǎn)生。水蒸氣與紅熱的炭的正反應(yīng)為吸熱反應(yīng),增加溫度有利于反應(yīng)(3)和(4)的發(fā)生,但生成CO和CO2的反應(yīng)平衡常數(shù)是不同的,溫度低于700℃時(shí),反應(yīng)有利于CO2的生成,但溫度越高越有利于生成CO的反應(yīng)進(jìn)行。另一方面,溫度低于700℃時(shí),水蒸氣與炭的反應(yīng)速率極為緩慢,只有從800℃開始反應(yīng)速率才有明顯增加8,所以CO的產(chǎn)量會(huì)從700℃有明顯的增加。碳和氫直接合成甲烷的反應(yīng)(5)是放熱反應(yīng),甲烷是穩(wěn)定的化合物,但當(dāng)溫度高于600℃時(shí),甲烷就不再是熱穩(wěn)定的了,因而反應(yīng)將向分解的方向進(jìn)行,在這個(gè)反應(yīng)中碳將以炭黑形式析出9。因而甲烷含量會(huì)隨著溫度的升高而降低,這個(gè)結(jié)果與文獻(xiàn)[10中的流f中國煤化工氣作為氣化介質(zhì)的高溫反應(yīng)中,反應(yīng)(4)是最重要的反應(yīng)。較高的溫度更有CNMHG所以對(duì)于以生成合成原料氣為目的的氣化反應(yīng)來說提高溫度有利于增加H2和CO的含量。綜上所述,溫度升高有利于CO的生成及水蒸氣的反應(yīng),確切的說,800℃是木炭與水蒸氣充分反應(yīng)的溫度。這一點(diǎn)由圖2也可以清晰地看出,H2和CO的含量在800℃后較之前面的產(chǎn)量有一個(gè)較大林產(chǎn)化學(xué)與工業(yè)第27卷幅度的增加。2.2催化劑對(duì)氣化反應(yīng)的影響煅燒白云石催化劑在氣化器中的反應(yīng)機(jī)理2:在實(shí)驗(yàn)過程中,由于白云石催化劑和楊木屑采用的是機(jī)械混合,白云石催化劑的作用主要表現(xiàn)在對(duì)一次熱解產(chǎn)物催化進(jìn)行二次反應(yīng),當(dāng)然,在溫度較低的狀態(tài)下,還有楊木屑或炭與白云石催化劑的固-固反應(yīng)。固相反應(yīng)的第一步必然是兩個(gè)反應(yīng)物體的接觸接著是舊鍵斷裂新鍵生成發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。鑒于催化劑發(fā)生作用的階段,本次實(shí)驗(yàn)過程中固-固反應(yīng)屬于高熱固相反應(yīng),溫度高,化學(xué)反應(yīng)速度極快,因而整個(gè)反應(yīng)的決定步驟是擴(kuò)散。由于固-固反應(yīng)是從粒子間的接觸點(diǎn)開始的,反應(yīng)受到接觸邊界的大小、范圍的影響,所以預(yù)先將白云石催化劑磨成微細(xì)粉末制成懸濁液與楊木屑浸漬烘干顯得尤為重要,這樣做的目的主要是提高催化劑與固體反應(yīng)物的分散接觸度。另外,從反應(yīng)的熱力學(xué)角度分析,白云石催化劑催化楊木屑反應(yīng)的產(chǎn)物是多種氣體、液體和固體,如果反應(yīng)發(fā)生,系統(tǒng)就會(huì)處于更加無序的狀態(tài),熵必然增大,隨著溫度的上升,反應(yīng)向著增大液相數(shù)量和放出氣體的方向進(jìn)行。所以隨著溫度的升高,產(chǎn)物中的氣體和液體產(chǎn)物量增加促進(jìn)楊木屑的熱解只是白云石催化劑的作用之一,在氣化反應(yīng)器中機(jī)械混合白云石催化劑的主要目的是促進(jìn)熱解一次產(chǎn)物即焦油發(fā)生二次裂解,產(chǎn)生更多的氣體產(chǎn)物楊木屑催化熱解一次產(chǎn)物+炭;一次產(chǎn)物白云石二次產(chǎn)物+炭由于生物質(zhì)熱解一次產(chǎn)物中的物質(zhì)多為苯的衍生物和多環(huán)芳烴,而白云石煅燒后形成Ca0-Mg絡(luò)合物,這一絡(luò)合物上的活化位的極性對(duì)環(huán)狀結(jié)構(gòu)丌形電子云具有影響,在內(nèi)外表面上都有裂解活性位,從而催化了一次產(chǎn)物中多環(huán)化合物的裂解使焦油產(chǎn)率降低,氣態(tài)產(chǎn)率升高。白云石催化劑的化學(xué)組成隨其產(chǎn)地的不同而略有差異,但大致含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為MgO約20%CaO約30%,CO2約45%,還有一些微量的礦物不純物。由于組成的不同,催化效果會(huì)產(chǎn)生一定的差異,作者將主要討論4種不同產(chǎn)地白云石作為氣化反應(yīng)催化劑對(duì)反應(yīng)結(jié)果的影響。實(shí)驗(yàn)過程中保持其它氣化參數(shù)不變,改變楊木屑中混入的白云石催化劑類型,結(jié)果見圖3。全600650700750800850900600650700750800850900溫度/℃溫度/℃白云石產(chǎn)地 dolomite places:-0-無nome;一口一江蘇 Jiangsu;-△-浙匯 Zhejiang;-·-陜西 Shaanxi;-x-安徽Ahui圖3不同產(chǎn)地的白云石催化劑對(duì)H2(a)和CO(b)產(chǎn)量的影響Fig3 Effects of catalysts on the yields of H, (a)and Co(b)從圖3中可以看出,催化劑的加入從整體上增加了H2和CO的產(chǎn)量,絕大多數(shù)溫度下添加催化劑H2產(chǎn)量和CO產(chǎn)量都比沒有添加催化劑時(shí)高安徽白云石催化劑除外,添加催化劑時(shí)H2產(chǎn)量基本都在700℃時(shí)出現(xiàn)了次大值,CO產(chǎn)量的變化趨勢(shì)同H2基本后應(yīng)休系中還加了白云石催化劑后使整個(gè)反應(yīng)體系的活化能降低,反應(yīng)的最佳溫度點(diǎn)提中國煤化工物量的增加一部分是由于催化劑將熱解過程中產(chǎn)生的焦油部分裂解,另CNMHG的氣-固反應(yīng)的結(jié)果。所以通過理論上的分析添加了白云石催化劑的反應(yīng)焦油產(chǎn)率和剩余率會(huì)降低。但是由于催化劑是機(jī)械混合到反應(yīng)物中的,混合過程中必定會(huì)有損失,并且白云石催化劑在反應(yīng)過程中也有一定的消耗,混合損失量和消耗量在反應(yīng)過程中不容易計(jì)量出來,反應(yīng)結(jié)束時(shí)的剩余質(zhì)量并不全部是炭的質(zhì)量,第3期孫云娟,等:生物質(zhì)熱解氣化行為的研究反應(yīng)開始前的初始質(zhì)量也不僅是原料質(zhì)量,這樣計(jì)算出來的結(jié)果并不能代表剩余率所以這部分不再討論,催化劑的添加對(duì)剩余率的實(shí)際影響效果,僅在理論上予以說明。不同產(chǎn)地白云石催化劑對(duì)焦油產(chǎn)率的影響分別為:無催化劑16.94%,江蘇1199%,浙江12.69%,陜西11.50%,安徽13.02%。焦油產(chǎn)率總體來講均有所降低。催化劑的加人能減少焦油的產(chǎn)量,說明催化劑中的活性組分對(duì)焦油裂解反應(yīng)起到了很好的催化作用。焦油的減少一方面是由于活性組分深入反應(yīng)物內(nèi)部,與反應(yīng)物發(fā)生一次裂解,改變了一些產(chǎn)物的結(jié)構(gòu),如破壞產(chǎn)物中環(huán)狀物的結(jié)構(gòu),使其盡量生成小分子的物質(zhì);另一方面是由于產(chǎn)生的焦油附著在反應(yīng)物上,與摻雜在物料中的催化劑發(fā)生了二次裂解反應(yīng),焦油本身的芳香族化合物裂解成小分子的氣體,從而減少了焦油的產(chǎn)量,這樣的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論分析一致。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,白云石催化劑的催化效果的排列為陜西的>江蘇的>浙江的>安徽的。有文獻(xiàn)報(bào)道,對(duì)于焦油的裂解,白云石催化劑中鐵含量越多,比表面積越大,中孔越多效果越好。通過白云石的成分分析和催化反應(yīng)結(jié)果可以得出本次實(shí)驗(yàn)也基本符合這一規(guī)律。2.3水蒸氣加入量對(duì)產(chǎn)物的影響在實(shí)驗(yàn)過程中通過改變水蒸氣的蒸發(fā)溫度來改變水蒸氣在反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)的加入量,改變水蒸氣與炭的反應(yīng)程度。水蒸氣加入量增加,不但加速了炭與水蒸氣的反應(yīng),而且加強(qiáng)了二次反應(yīng)的程度,使得在次反應(yīng)過程中產(chǎn)生的焦油充分裂解,還能增強(qiáng)重整反應(yīng)及水蒸氣與CO的反應(yīng)等與水蒸氣相關(guān)的反應(yīng),使氣體產(chǎn)量增加,焦油及炭的產(chǎn)率降低。保持其他氣化條件不變,改變水蒸氣的蒸發(fā)溫度,氣化產(chǎn)物如圖4和表2所示。600650700750800850600650700750800850900溫度/℃O-N2+48℃H2O;-口-N2+28℃H2O;-△-N2圖4水蒸氣加入量對(duì)H2(a)和CO(b)產(chǎn)量的影響Fig 4 Effects of steam quantity on the yields of H, (a)and CO(b)炭與水蒸氣進(jìn)行氣化反應(yīng)時(shí),一般會(huì)經(jīng)歷如下3個(gè)階段:1)水蒸氣分子擴(kuò)散到炭表面,并被炭的表面吸附;2)水蒸氣在炭的內(nèi)外表面上進(jìn)行化學(xué)反應(yīng);3)生成物從炭表面脫附,擴(kuò)散到氣體主體中。在不同的階段速控步驟不同。在圖4中根據(jù)產(chǎn)物氣體的反應(yīng)趨勢(shì)可以看出,炭與水蒸氣的反應(yīng)在實(shí)際過程中確實(shí)經(jīng)歷了兩個(gè)階段:700℃之前為第一階段,反應(yīng)控制階段,00℃之后為第二階段,擴(kuò)散控制階段。在反應(yīng)的第一階段,反應(yīng)速率受化學(xué)反應(yīng)速率控制,在這一階段,水蒸氣能有效的擴(kuò)散到炭表面但由于溫度低,炭與水蒸氣的反應(yīng)不能充分發(fā)生,所以水蒸氣蒸發(fā)溫度高,雖然帶入到反應(yīng)體系中的水蒸氣的量多,但體系中的水蒸氣并沒有完全進(jìn)行化學(xué)反應(yīng),而較低水蒸氣蒸發(fā)溫度下進(jìn)入到反應(yīng)體系中的水蒸氣的量就足以供應(yīng)反應(yīng)的需求,所以在這一階段,不中國煤化工氣體產(chǎn)量相差不大這一點(diǎn)在CO產(chǎn)量上表現(xiàn)得最明顯;第二階段,為擴(kuò)散揮反應(yīng)充分發(fā)生,總的反應(yīng)速率由水蒸氣擴(kuò)散到炭表面的速率決定,水蒸氣的NMH八到以理系中的水蒸氣的量就少,擴(kuò)散到炭表面的量就更少,使化學(xué)反應(yīng)因沒有足夠的反應(yīng)物而不能充分發(fā)生,所以在這一階段,水蒸氣的蒸發(fā)溫度較高對(duì)反應(yīng)有利,如圖4所示,700℃后隨著水蒸氣蒸發(fā)溫度的升高,H2和CO的產(chǎn)量林化學(xué)與工業(yè)第27卷都有大幅度的升高。從表2的焦油產(chǎn)率和剩余率的結(jié)果來表2水蒸氣加入量對(duì)焦油產(chǎn)率和剩余率的影響看,對(duì)于整個(gè)反應(yīng)水蒸氣的加入量起著主導(dǎo) Table2 Effects steam quantity on the yields of tar and char作用,較高的水蒸氣蒸發(fā)溫度使得帶入到反剩余率/%conditions應(yīng)系統(tǒng)中的水蒸氣量較多,使炭與水蒸氣的N2+48℃H2O16.94反應(yīng)充分發(fā)生,從而減少了反應(yīng)結(jié)束時(shí)的剩N2+28℃H2017.89余率,并且產(chǎn)生的焦油可以與水蒸氣發(fā)生反應(yīng),以減少焦油的產(chǎn)率。3結(jié)論3.1H2產(chǎn)量,隨著氣化反應(yīng)溫度升高而增加,當(dāng)原料量為1500mg,溫度從600℃升高到900℃,H2產(chǎn)量從0.77mL/min增加到了5.11mL/min,CO也由0.09mL/min增加到2.56mL/min,有關(guān)甲烷的反應(yīng)在高溫階段均為放熱反應(yīng),因而甲烷含量隨著溫度的升高而降低。但總產(chǎn)氣量符合隨溫度升高產(chǎn)氣量增加的趨勢(shì)。3.2在1500mg的反應(yīng)原料中機(jī)械混入150mg白云石催化劑后氣化效果明顯增強(qiáng),其中產(chǎn)地為陜西的白云石催化劑效果最好,在900℃氫氣產(chǎn)率最高,達(dá)到最大值595mL/min。由于添加催化劑能降低反應(yīng)的活化能,反應(yīng)的最佳溫度在700℃時(shí)提前到達(dá),添加催化劑后主要?dú)怏w產(chǎn)量都在此溫度下出現(xiàn)一個(gè)次大值,機(jī)械混入白云石催化劑后整個(gè)反應(yīng)的焦油產(chǎn)率都有所減少?？偟膩碚f效果最好的是陜西白云石催化劑,其次為江蘇、浙江和安徽白云石催化劑33采用氮?dú)廨d水蒸氣加入反應(yīng)體系的氣化方式比僅有氮?dú)饧尤敕磻?yīng)體系的效果要好得多,H2和CO的產(chǎn)量在相同的氮?dú)饬髁織l件下,載48℃水蒸氣比不載水蒸氣在原料量1500mg、900℃時(shí)分別增加了6.03和3.26mL/min,隨著水蒸氣加入量的增加,可燃?xì)怏w量增加,焦油產(chǎn)率有所降低。參考文獻(xiàn):[1]蔣劍春,生物質(zhì)能源應(yīng)用研究現(xiàn)狀與發(fā)展前景[J].林產(chǎn)化學(xué)與工業(yè),2002,22(2):75-80[2]應(yīng)浩,蔣劍春.生物質(zhì)氣化技術(shù)及開發(fā)應(yīng)用研究進(jìn)展[J].林產(chǎn)化學(xué)與工業(yè),2005,25(增刊):151-15[3]蔣劍春,金淳張進(jìn)平,等.生物質(zhì)催化氣化工業(yè)應(yīng)用技術(shù)研究[].林產(chǎn)化學(xué)與工業(yè),2001,21(4):21-26.[4]袁振宏吳創(chuàng)之,馬隆龍等.生物質(zhì)能利用原理與技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2005[5]LOPAMUDRA 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