生物質的特性對其與煤共氣化過程的影響

煤氣化作為煤炭一種**利用形式，主要是將煤在二氧化碳、水蒸氣或其他氣氛下加熱至高溫發生一系列復雜的化學反應，生成CH4、CO、H2等重要的****氣。我國作為農業大國，每年都會產生大量的植物秸稈。而我國當前對于水稻秸稈、玉米秸稈等生物質的利用主要是采取直接焚燒或者破碎回埋的方式等，還有少部分被用于制作動物飼料。這樣的利用方式，不僅造成了資源的極大浪費并且對于環境造成了極大的污染。因此，如何合理利用這些生物質資源就成為了人們需要解決的一大問題，所以，研究不同生物質對于煤炭氣化的促進作用對于煤氣化有著重大的意義，將生物質與煤氣化有機結合起來對于有效合理的利用兩種物質具有廣闊的前景。 1、實驗原料 　　選取我國北方的玉米秸稈、水稻秸稈、大豆秸稈以及晉城***。將生物質與煤樣進行干燥后研磨至粉末狀，將得到的粉末進行壓片處理，將其篩分至0.42mm?0.85mm(20目?40目），用于下一步的煤氣化實驗。首先，對實驗原料進行工業及元素分析，得到結果如表1所示。 由表1可知，不同生物質的組分以及含量有較大的差異，生物質與煤相比而言，氧含量較豐富，而***中的碳含量遠高于生物質，因此，將煤與生物質共氣化可以實現元素的綜合利用。同時，生物質中含有較多的K、Ca、Na等堿土金屬元素，對于煤的氣化具有較強的催化作用。實驗樣品的灰分分析如表2所示。 由表2可知，不同生物質的的灰分中堿金屬含量有較大的差別，水稻秸稈中的K含量*多，而大豆秸稈的Na含量*高，而生物質中含有大量的堿金屬，對于煤炭氣化有較強的催化作用。傳統的煤氣化需要的條件苛刻，能耗大，對原料的要求較高。 　　生物質作為一種可再生能源，且其中的堿金屬含量較高，煤與生物質的共氣化可以降低煤氣化條件，擴大氣化煤的來源。然而，生物質種類繁多，不同的生物質對于煤氣化有著不同的作用。在研究煤與生物質共熱解過程中發現，兩者之間存在著顯著的協同作用，相較于單獨的煤熱解過程，共熱解過程中，生物質的存在提高了煤氣化過程中的氣體產率，產氣中的高熱值氣體成分增多。 2、實驗方法 　　該實驗系統主要由進氣系統、加熱系統、水蒸氣發生器、溫度檢測體統、氣體收集系統、氣體凈化系統、氣體在線監測系統組成。共熱解反應主要在石英管反應器（內徑50mm、長0.8mm、恒溫段30cm)中進行，熱量由電加熱絲提供：首先，將反應器升溫至700℃，并保持數分鐘后迅速加入煤與生物質混合顆粒，之后，進行熱解反應，將收集到的氣體經過凈化處理后接入氣體分析儀進行產物的檢測。 3、玉米穡稈的影響 　　煤與生物質共氣化過程主要包括3個階段，分別是對原料的預熱后干燥階段、煤與生物質的熱解階段、煤與生物質焦繼續受熱生成焦與氣化產物階段。在整個過程中，煤種類確定的情況下，生物質對于煤熱解過程中的影響是非常重要的[6]。生物質對煤氣化過程的影響是多方面的，主要影響因素有生物質的種類、粒徑、堿金屬種類及含量等。結合玉米秸稈的工業分析與元素分析，其中，C含量多，堿金屬Na含量多，導致其產氣中的CH4含量較多，達到了10%，并且煤氣化的初始速率也較快，表明了玉米秸稈對于煤氣化的促進以及產物的選擇與調控有明顯的作用，這與玉米秸稈的組成有重要的關系。 　　水稻穡稈的影響 　　分別在固定床和流化床兩種不同的反應器上，對水稻秸稈與褐煤的共熱解過程進行了系統的研究發現，生物質的粒徑對于煤氣化速率有明顯的影響，生物質的粒徑越小，與煤顆粒的接觸面積越大，對于煤氣化的催化作用就越明顯。而水稻秸稈中含有大量的K，對于煤氣化的催化作用較強，其與煤共氣化過程中的氣化初始速率相比于玉米秸稈快，而其中，Na含量較少使得其氣化產物中的CO氣體較多。 　　大豆穡稈的影響 　　大豆秸稈中的堿金屬含量居于兩者中間，K、Na含量相對較多，其對于煤初始氣化速率的促進作用是*強的，氣化反應速率也*快，且產物中的CH4與CO的含量也適中，兩種氣體含量介于水稻稻稈與玉米秸稈與煤共氣化產物中間。 4、結論 煤與生物質共氣化，可以充分利用生物質中高含量的堿金屬，彌補煤自身堿金屬含量缺乏，單獨氣化時條件要求高的難題，具有非常廣泛的應用前景。然而，生物質的種類繁多，不同的生物質對于煤氣化催化作用的效果是不一樣的，因此，研究不同生物質對于煤氣化過程的影響具有很大的意義。本文通過研究不同生物質對于煤氣化作用的影響發現，生物質中的堿金屬含量對于煤氣化作用有非常重要的催化作用，對于產氣的調控也有一定的作用。堿金屬對于煤氣化都有催化作用，然而，進一步研究發現，生物質中的堿金屬K對于煤氣化產氣中的CH4有更高的選擇性，而Na對于煤氣化產氣中的CO有更高的選擇性。CH4是天然氣的主要組分，具有非常高的熱值，CO是重要的****氣，我們可以根據對于產氣的需求來選擇合適的生物質，進而*大程度上滿足對于產氣的需求。

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