摘要
准东煤田是我国最大的整装煤田，准东煤中挥发分含量高，适合作为气化原料。松树在我国约占森林蓄积量的一半，每年在生产加工过程中产生大量木屑。若将废弃松木屑和准东煤进行共气化，能够减少对环境的污染和单独利用准东煤造成的CO2排放。然而，气化过程中产生的焦油不仅会影响产气热值，还会对下游输气管道和燃气设备造成污染，利用催化气化工艺可有效降低气化气中的焦油浓度。流化床气化炉传热传质速率高、床层热惯性大，对气化原料适应性广，适合多种原料的催化共气化。本课题以对焦油具有催化脱除作用的煅烧白云石为床料，研究了鼓泡流化床准东煤和松木屑催化共气化过程中焦油和可燃气的生成特性。以此为依据调整气化参数，可减少焦油的生成量并提高产气品质。 首先，研究准东煤和松木屑共气化过程中存在的协同效应。借助热重分析仪分析两种气化原料在共热解方面的协同作用，并计算热解动力学参数。同时借助XRF技术测试准东煤和松木屑灰中的主要成分，进而分析碱金属元素可能存在的催化作用。在流化床实验装置上研究共气化过程中的协同作用，实验结果表明，与石英砂和白云石相比，以煅烧白云石为床料共气化生成气化气中H2浓度最高，同时焦油的含量显著降低。实验后将煅烧白云石床料取出称量，其重量有所增加，煅烧白云石对CO2和SO2等物质有吸收作用。与松木屑单独作为气化原料相比，准东煤的添加能够降低焦油浓度，并且不会对气化气品质造成显著影响。尤其是准东煤的掺混比例在0~40%的范围内增加时，气化气中的焦油浓度下降趋势明显，而CO和H2组分的浓度变化不大。共气化在降低焦油含量和提高可燃气品质方面存在明显的正向协同作用。 其次，以煅烧白云石为床料，选定40%的准东煤掺混比例，在空气和空气-水蒸气两种气化剂下研究温度、空气当量比、表观气速和气化原料粒径等条件对气化气中焦油浓度的影响。与空气气化相比，以空气-水蒸气为气化剂能够降低焦油的生成量。以空气为气化剂，当气化温度由650℃上升至850℃时，气化气中的焦油浓度由10.35g·Nm-3降低至3.15g·Nm-3；当空气当量比由0.24增长至0.36时，气化气中的焦油浓度则由7.35g·Nm-3降低至3.36g·Nm-3。但这两个因素的调整受到气化炉工艺要求的限制。提高流化床的表观气速或增大气化原料的粒径，气化气中焦油的含量呈现出先减少后增加的趋势，这主要与流化状态、反应速率、传热传质效果和颗粒停留时间等因素有关。 最后，借助压力波动信号，明确温度、空气当量比、表观气速和气化原料粒径等条件改变时炉内的气固流态变化，进而分析可燃气的生成特性。与空气气化相比，空气-水蒸气气化促进了水气变换反应，使得产气中H2和CO2浓度有明显提高，CO浓度有所下降，CH4浓度变化不大。气化温度的上升，增强了炉内传热传质效果，也促进了大分子碳氢化合物的裂解重整和吸热反应，气化气中H2浓度上升幅度较大，如空气-水蒸气气化时产气中的H2浓度由650℃的6.01%上升至850℃的16.34%，产气热值和H2/CO比值也有所提高。表观气速的增加促进了气固两相之间接触混合能力，提高了传热传质效果和气化反应速率，但也使气化原料倾向于分布在床层表面，产气停留时间缩短，因此气化气中的H2和CO浓度均呈现出先增加后减少的趋势。
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