源头调质下生物质衍生燃料气化过程中特征元素的交互作用与控制机理

采用生物质气化制取燃气是极具应用前景的清洁高效能源利用新技术，本项目提出了生物质与高热值垃圾混合制取衍生燃料的源头调质方法，选取代表产气特性和固相沉积主要特征的关键元素（碳、氢、钾、钠、氯）为特征元素，拟通过先进的分析测试手段对其在衍生燃料气化过程中的反应机理进行系统深入研究。通过改变源头的H/C比、碱金属与Cl含量，利用热分析与气相色谱质谱联用仪(TG-GC/MS)和滴管炉开展系统实验，结合AAS、XRD、CCSEM-EDX 等分析手段研究生物质衍生燃料气化过程特征元素的赋存、迁移、演化行为以及相互作用机制，进而掌握其对气化过程的影响规律。开展特征元素反应热力学及动力学分析，建立特征元素迁移转化预测与动力学模型。通过分析固相沉积特性，构建K、Na赋存形态与成灰特性的关联，揭示特征元素的反应机理与控制因素。本项目的研究可为生物质衍生燃料气化过程的污染排放及性能改善提供科学依据。

生物质衍生燃料气化制取燃气是极具应用前景的清洁高效能源利用新技术。而碳、氢、钾、钠、氯是影响生物质衍生燃料气化过程的产气特性和固相沉积等主要特征的关键因素。因此有必要开展它们（特征元素）之间的相互作用机理与控制规律的研究。研究发现：在塑料未反应而稻秆发生热解阶段，热塑性差的PET对稻秆热解具有促进作用，热塑性较好的PE阻碍稻秆的热解，且随塑料比例升高，其影响变大；当塑料与稻秆同时发生气化反应时，塑料与稻秆混合气化反应相互促进。水稻秸秆与塑料PE水蒸气共气化时产气中CO、H2瞬时释放浓度随衍生燃料中PE添加量的增加而降低，当PE添加比为40%时，产气中H2含量最高。添加钾衍生燃料产气中CO、CH4瞬时释放浓度随衍生燃料中钾含量的增加而降低，CO2、H2瞬时释放浓度则相反。动力学分析表明，塑料与稻秆存在协同作用使得气化反应活化能降低。衍生燃料中添加钾/钠后反应活化能均降低，衍生燃料活化能关系为40%PE稻秆>40%PE添加钾/钠稻秆。.生物质衍生燃料气化时碱金属的释放率随温度的升高而增大，主要以碱金属氯化物形式释放。燃料中掺入塑料PE后，C、H含量增加导致K的释放率低于秸秆单独气化的。80%水稻秸秆与20%PVC在900℃共气化时，氯元素的释放率较纯水稻上升了16.5%。与此同时，氯含量的增加也促进了钾钠在气相中的释放。气化温度为850℃时，当混合物中PVC比例大于20%（氯含量大于11.5%）时，氯对钾钠的气相析出有一定抑制作用，且钾钠以KCl和NaCl的形式滞留在固相中。.通过对生物质与PE/PVC共气化灰的成灰特性进行分析可知，灰中各矿物的含量均随着PE/PVC量的改变呈非线性变化。水稻秸秆、玉米秸秆分别与PE共气化过程时，酸性氧化物和碱性氧化物相对含量的改变对两种不同混合物气化灰变形温度的影响呈相同的趋势，而对软化温度变化趋势的影响却不同。PE/PVC的加入可缓解气化灰的积灰结渣趋势。对于玉米秸秆衍生燃料而言当气化温度为750℃时，54%以上的碱金属在气化灰渣中形成渣相slag(SiO2•K2O)和slag(SiO2•Na2O)，且其渣相比例随着气化温度的升高而递增，这是引起生物质衍生燃料灰结渣的主要原因；对于水稻秸秆衍生燃料而言，750℃时仍有18%的K及20%Na以水溶KSCN、NaSCN存在。850ºC有机Ca、Mg才开始大量释放。