生物质气化过程
生物质气化是指将预处理过的生物质在气化介质中如空气、纯氧、水蒸气或这三者混合物加热至700 ℃以上,将生物质分解为合成气 。生物质气化过程可以分成两个主要的反应阶段：热解和焦炭气化。
热解：固体燃料在初始加热阶段的脱挥发分或热分解,它在几秒内完成,高温下甚至更短。
焦炭气化：固体焦炭,热解焦油和热解气的部分氧化。
影响生物质气化的主要因素
在生物质气化过程中,当气化炉类型确定后,在确定的气化剂气氛下,操作条件诸如空气当量比,生物质/气化剂的比率,粒径,温度,压力、气化介质、催化剂和添加剂等对碳的转化率,产品气的组成,焦油的形成和焦油的减少都有很重要的影响。
气化剂的影响：气化剂不同，出口气体成分不同，所得气体热值不同。
在工业规模中,气化剂一般是用空气,当量比为0.2 - 0.3 ,出口气体包括50vol %N2 ,8 -12vol %的H2 、CO、CH4 、C2 、C3 、CO2 、H2O 和焦油。热值在5MJ/m3左右，这个组成只适用于发电和供热。
水蒸气气化 ：气体的热值21~17MJ/m3
空气（氧气）~水蒸气气化 ：气体低热值11.5MJ/m3
粒径的影响： 在生物质气化过程中,生物质粒子的热解反应直到加热到一定温度时才能发生,生物质的粒径主要影响其加热速率,生物质粒子的加热速率又影响气体的产率和产品气的组成。
生物质主要由纤维素、半纤维素和木质素三种主要组成物以及一些可溶于极性或弱极性溶剂的提取物组成。半纤维素主要在225～350℃,纤维素主要在325～375℃ 分解，木质素在250～500℃分解。半纤维素和纤维素主要产生挥发性物质，而木质素主要分解成炭。粒径在1mm以下时，热裂解过程受反应动力学速率控制，而当粒径大于1mm时，热裂解过程中还同时受传热和传质现象控制。并且，如果粒径大于1mm，那么颗粒将成为热传递的限制因素。当上述大的颗粒从外面被加热时，则颗粒表面的加热速率远远大于颗粒中心的加热速率，这样在颗粒的中心发生低温热裂解，产生过多的炭。
温度的影响：在热解的初始阶段,温度增加气体产率增加,归因于挥发物的裂解。其次,焦油的裂解也是随着温度的升高而增大,生物质气化过程中产生的焦油在高温下发生裂解反应生成CmHn、CO、H2 、CH4 的缘故。
压力的影响：压力增加，,脱挥发分的速度减慢，气体滞留期增长，二次裂解较大 ，气体产率增加，焦油量减少。
二次裂解反应 ：当挥发分气体离开生物颗粒时，还将穿越周围的气相组分，在这里进一步裂化分解，称为二次裂解反应。
操作压力提高,一方面能提高生产能力,另一方面能减少带出物损失,从结构上看,在同样的生产能力时,压力提高,气化炉容积可以减小,后续工段的设备也可减小尺寸,而且净化效果好。
原料前处理的影响： 生物质原料在进行热解气化之前,有些研究者对原料用酸,碱或盐进行前处理,研究实验前处理对反应产物的影响。用不同的溶液浸渍,可能产生不同的作用,可能和盐的催化作用和水解有关,也可能浸渍使固体基质溶胀,改变了固体的结构,对气化产生影响。
煤与生物质共气化：生物质由于其灰分和硫含量低,挥发分含量高且固定碳反应性高,与低阶煤（挥发份低的煤）共气化如能产生协同作用就可能产生低热值气体来增加产品的附加值。
国内研究人员认为，煤与生物质热解范围基本没有重叠，两者难以产生协同作用。
国外部分研究人员认为：煤与生物质共气化产生协同作用的原因,认为气化首先在木质生物质有机物质中最弱的共价键中发生热裂解,形成的挥发分分解形成很多自由基,这些自由基增加了煤的氧化分解;木质生物质是富氢物质,脱挥发分过程中产生的氢和煤自由基反应,阻止了二次焦的形成;木质生物质中的碱金属是煤气化的有效催化剂,促进了煤的催化气化反应。
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发表于 2009-2-20 16:58:22
