3 生物质气化过程中发生的主要化学反应
生物质在气化过程中发生热解反应、燃烧反应及气化反应,见第33页表1.在热解反应中,生物质被裂解为焦炭、焦油和燃气,部分焦油在高温条件下继续裂解为燃气.在燃烧反应中主要发生碳氢化合物和CO的氧化反应.在气化反应中主要发生碳氢化合物和CO的水蒸气气化反应,显而易见,这是增加燃气中氢气含量的一个重要途径.
可以看到,在生物质气化过程中发生的化学反应复杂,研究其中每个化学反应的发生程度及其相互影响关系,进而设计催化剂,促进目的产物的产生是比较困难的,目前国内外大多是采用商业蒸汽重整催化剂及天然矿石等.
1——Nitrogenbottle;2——Airblower;3——Steamgenerator;4——Decompressionvalve;5——Valve;6——Gasflowmeter;7——Hopper;8——Screwfeeder;9——Heatpreservationtube;10——Fluidisedbed;11——Electricfurnace;12——Cyclone;13——Samplingpoint;14——Electricfurnace;15——Catalyticfixedbedreactor ;16——Temperaturecontroller;17——Ca-talyticfixedbedreactor ;18——Dustcontainer
4 影响燃料气组成和焦油含量的主要因素
4.1 气化介质生物质
气化介质一般为空气(氧气)、水蒸气或氧气和水蒸气的混合气.气化介质的选择可以影响燃料气的组成和焦油处理的难易.Corella[5]等认为在其它条件相同且采用白云石作催化剂时,以水蒸气或水蒸气和纯氧的混合物作为气化介质与以空气作为气化介质相比,前者在气化过程中产生的焦油更容易裂解.
焦油的成分非常复杂,可以分析出的成分有100多种,还有很多成分难以确定;主要成分不少于20种,大部分是苯的衍生物及多环芳烃;其中含量大于5%的大约有7种,它们是:苯、萘、甲苯、二甲苯、苯乙烯、酚和茚,其它成分的含量一般都小于5%,而且在高温下很多成分会分解.[7]对大部分焦油成分来说,水蒸气在其裂解过程中起到关键的作用,因为它能和某些焦油成分发生反应,生成CO和H2等气体,既减少炭黑的产生,又提高可燃气的产量.例如,萘在催化裂解时,发生下述反应:
由此可知,水蒸气非常有利于焦油裂解和可燃气体的产生.气化介质为空气时,产生低热值燃气,热值为4MJ/Nm3～7MJ/Nm3,氢气含量为8%～14%(体积),气化介质为水蒸气时产生中热值燃气,热值为10MJ/Nm3～16MJ/Nm3,氢气含量为30%～60%(体积).[3]