木屑/木屑炭高溫水蒸氣氣化制備合成氣研究(摘要)

涂軍令(1.中國林業(yè)科學(xué)研究院，北京100091;2.中國林業(yè)科學(xué)研究院林產(chǎn)化學(xué)工業(yè)研究所，江蘇南京210042)

生物質(zhì)基合成氣存在H2含量低，焦油含量高，成分復(fù)雜等問題。高溫水蒸氣氣化是解決該問題的有效手段。本研究以木屑和木屑炭為原料，在固定床反應(yīng)器中進(jìn)行了生物質(zhì)高溫水蒸氣氣化制備合成氣工藝的探索研究。主要研究結(jié)果如下:

1)木屑高溫水蒸氣氣化制備合成氣研究。以木屑為原料，在常壓固定床反應(yīng)器中，進(jìn)行了高溫水蒸氣氣化制備合成氣研究。實(shí)驗(yàn)分別在750℃ ～1 000℃溫度下和0.32～1.02 g/min水蒸氣流量下進(jìn)行，反應(yīng)時(shí)間為10 min。主要研究反應(yīng)溫度和水蒸氣流量對碳轉(zhuǎn)化率、合成氣產(chǎn)率及合成氣組分的影響。研究結(jié)果表明，木屑水蒸氣氣化具有很高的反應(yīng)活性，合成氣產(chǎn)率在0.81～1.74 L/g之間;反應(yīng)溫度和水蒸氣流量對碳轉(zhuǎn)化率和合成氣熱值及組分影響顯著;在反應(yīng)溫度950℃，水蒸氣流量0.67 g/min時(shí)，碳轉(zhuǎn)化率達(dá)到最高值99.47%;合成氣主要由H2、CO、CO2、CH4及少量CnHm組成，其中(H2+CO)比例達(dá)到63% ～75%，合成氣熱值在10.5～11.5 MJ/Nm3之間，H2/CO比在1.06～2.26之間。

2)木屑炭高溫水蒸氣氣化制備合成氣研究。以木屑炭為原料，在常壓固定床反應(yīng)器中，進(jìn)行了高溫水蒸氣氣化制備合成氣研究。實(shí)驗(yàn)分別在800℃ ～1000℃溫度下和0.25～0.85 g/min水蒸氣流量下進(jìn)行，反應(yīng)時(shí)間為15 min。主要研究反應(yīng)溫度和水蒸氣流量對生物質(zhì)碳轉(zhuǎn)化率、合成氣產(chǎn)率及合成氣組分的影響。研究結(jié)果表明，木屑炭水蒸氣氣化具有較高的反應(yīng)活性，氣體產(chǎn)率在0.40～2.97 L/g之間;溫度和水蒸氣流量對碳轉(zhuǎn)化率和合成氣熱值及組分影響顯著;在反應(yīng)溫度1 000℃，水蒸氣流量0.85 g/min時(shí)，碳轉(zhuǎn)化率達(dá)到最高值78.7%;合成氣熱值在8.9～9.6 MJ/Nm3之間，合成氣中(H2+CO)比例在68% ～80%之間，H2/CO比在3.12～6.32之間。

3)木屑水蒸氣加壓氣化制備合成氣研究。以木屑為原料，在加壓固定床反應(yīng)器中，進(jìn)行了木屑水蒸氣加壓氣化制備合成氣研究。實(shí)驗(yàn)分別在800℃ ～900℃溫度下和0～0.4 MPa的壓力下進(jìn)行，反應(yīng)時(shí)間為30 min。主要研究反應(yīng)壓力對碳轉(zhuǎn)化率、合成氣產(chǎn)率及合成氣組分的影響。研究結(jié)果表明，生物質(zhì)水蒸氣常壓氣化與加壓氣化特性有明顯差異。加壓條件下，木屑水蒸氣氣化具有更高的反應(yīng)活性，碳轉(zhuǎn)化率和合成氣產(chǎn)率都有明顯提高，最高分別達(dá)到94.7%和2.03 L/g;反應(yīng)壓力對合成氣熱值及組分影響顯著，H2所占份額明顯提高，可達(dá)到60%以上，隨著氣化壓力的提高，CO2和CH4濃度呈上升趨勢，CO濃度有所降低，而H2未表現(xiàn)出一定的變化規(guī)律;合成氣的熱值較常壓氣化有所提高;合成氣的H2/CO比大幅提高，常壓下為2.09，隨著壓力的增加，H2/CO比呈上升趨勢，在0.4 MPa時(shí)最高達(dá)到6.67。

綜上所述，研究了木屑、木屑炭原料在不同反應(yīng)溫度、反應(yīng)壓力及水蒸氣流量條件下的水蒸氣氣化反應(yīng)。制備的合成氣含氫量較高，特別是以木屑炭作為原料和木屑水蒸氣加壓氣化時(shí)，說明水蒸氣是生物質(zhì)氣化制備合成氣的適宜氣化介質(zhì);合成氣熱值均在10 MJ/Nm3左右，可以用作優(yōu)質(zhì)氣體燃料，替代燃油或天然氣;同時(shí)，通過控制反應(yīng)溫度、反應(yīng)壓力和水蒸氣流量等工藝條件，可以調(diào)節(jié)合成氣H2/CO比，用于合成氨或氫燃料、合成醇醚燃料或Fischer-Tropsch合成。本研究表明，生物質(zhì)水蒸氣氣化是一種制備生物質(zhì)合成氣的有效方法。

木屑;木屑炭;高溫;加壓;水蒸氣氣化;合成氣;H2/CO比