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天然铁矿石为氧载体的生物质化学链气化制合成气实验研究
在一个小型鼓泡流化床反应器上以Ar气为流化介质,对以天然铁矿石为氧载体的生物质化学链气化制合成气过程进行了研究.考察了反应温度对合成气组分、气体产率、碳转化率以及气化效率的影响,反应时间对合成气组分的影响；探讨了氧载体存在对生物质气化过程的影响.结果表明,天然铁矿石可以作为生物质化学链气化制合成气反应过程的氧载体,代替富氧空气或高温水蒸气作为生物质气化的气化剂；随着温度的升高,产物气体中CO、H2的浓度逐渐增加,CO2、CH4浓度缓慢降低；随着反应时间的延长,合成气中H2、CO、CH4的相对浓度缓慢增加,而CO2相对浓度逐渐降低；氧载体的存在能显著提高气体产率和碳的转化率及气化效率.扫描电镜-能谱(SEM-EDS)分析表明,当超过850℃时,铁矿石氧载体颗粒表面烧结现象明显,但反应前后,颗粒表面的成分及含量基本保持不变.
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生物质空气-水蒸气气化制取合成气热力学分析
基于Gibbs自由能最小化原理,计算了包括H2O(l)和C(s)在内的,生物质空气-水蒸气气化体系热力学平衡,对比分析了常压气化和加压气化的特点,通过回归分析得到了不同压力下,气化产物中可燃气体分率最高时的水蒸气/生物质质量比(S/B,Steam to Biomass Ratio)与空气当量比(ER,Equivalence Ratio)的关系曲线,为探讨适于制取合成气的气化工艺和条件提供初步的理论指导.研究表明,相对于常压气化,加压气化体系的平衡温度较高,平衡状态下可燃气体分数较低,但CH4含量明显增加;一定温度和当量比下,加压气化使得气化产物中可燃气体分数达到最高所对应的S/B比增大,即需要消耗更多水蒸气;通过调节S/B比,可以比较方便地控制产物中H2和CO的比例.以常压为例,T=1 173 K,S/B=0.17时,气化产物中H2/CO约为1.1:1,而S/B=1.02时,气化产物中H2/CO约为2:1;不同压力下最佳S/B比和ER有很好的线性关系,温度为1 173 K时,最佳S/B比与压力及ER的关系为S/B=-1.48×ER-4.49 E×10-5×p2 + 5.83 E×10-3×p + 0.32.
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