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.中國林業科學研究院，北京100091;2.中國林業科學研究院林產化學工業研究所，江蘇南京210042)

生物質基合成氣存在H2含量低，焦油含量高，成分復雜等問題。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，在固定床反應器中進行了生物質高溫水蒸氣氣化制備合成氣工藝的探索研究。主要研究結果如下:

1)木屑高溫水蒸氣氣化制備合成氣研究。以木屑為原料，在常壓固定床反應器中，進行了高溫水蒸氣氣化制備合成氣研究。實驗分別在750℃ ～1 000℃溫度下和0.32～1.02 g/min水蒸氣流量下進行，反應時間為10 min。主要研究反應溫度和水蒸氣流量對碳轉化率、合成氣產率及合成氣組分的影響。研究結果表明，木屑水蒸氣氣化具有很高的反應活性，合成氣產率在0.81～1.74 L/g之間;反應溫度和水蒸氣流量對碳轉化率和合成氣熱值及組分影響顯著;在反應溫度950℃，水蒸氣流量0.67 g/min時，碳轉化率達到最高值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，在常壓固定床反應器中，進行了高溫水蒸氣氣化制備合成氣研究。實驗分別在800℃ ～1000℃溫度下和0.25～0.85 g/min水蒸氣流量下進行，反應時間為15 min。主要研究反應溫度和水蒸氣流量對生物質碳轉化率、合成氣產率及合成氣組分的影響。研究結果表明，木屑炭水蒸氣氣化具有較高的反應活性，氣體產率在0.40～2.97 L/g之間;溫度和水蒸氣流量對碳轉化率和合成氣熱值及組分影響顯著;在反應溫度1 000℃，水蒸氣流量0.85 g/min時，碳轉化率達到最高值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，在加壓固定床反應器中，進行了木屑水蒸氣加壓氣化制備合成氣研究。實驗分別在800℃ ～900℃溫度下和0～0.4 MPa的壓力下進行，反應時間為30 min。主要研究反應壓力對碳轉化率、合成氣產率及合成氣組分的影響。研究結果表明，生物質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活性，碳轉化率和合成氣產率都有明顯提高，最高分別達到94.7%和2.03 L/g;反應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未表現出一定的變化規律;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時最高達到6.67。

綜上所述，研究了木屑、木屑炭原料在不同反應溫度、反應壓力及水蒸氣流量條件下的水蒸氣氣化反應。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，說明水蒸氣是生物質氣化制備合成氣的適宜氣化介質;合成氣熱值均在10 MJ/Nm3左右，可以用作優質氣體燃料，替代燃油或天然氣;同時，通過控制反應溫度、反應壓力和水蒸氣流量等工藝條件，可以調節合成氣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，生物質水蒸氣氣化是一種制備生物質合成氣的有效方法。

木屑;木屑炭;高溫;加壓;水蒸氣氣化;合成氣;H2/CO比