木屑/木屑炭高温水蒸气气化制备合成气研究(摘要)

涂军令(1.中国林业科学研究院，北京100091;2.中国林业科学研究院林产化学工业研究所，江苏南京210042)

生物质基合成气存在H2含量低，焦油含量高，成分复杂等问题。高温水蒸气气化是解决该问题的有效手段。本研究以木屑和木屑炭为原料，在固定床反应器中进行了生物质高温水蒸气气化制备合成气工艺的探索研究。主要研究结果如下:

1)木屑高温水蒸气气化制备合成气研究。以木屑为原料，在常压固定床反应器中，进行了高温水蒸气气化制备合成气研究。实验分别在750℃ ～1 000℃温度下和0.32～1.02 g/min水蒸气流量下进行，反应时间为10 min。主要研究反应温度和水蒸气流量对碳转化率、合成气产率及合成气组分的影响。研究结果表明，木屑水蒸气气化具有很高的反应活性，合成气产率在0.81～1.74 L/g之间;反应温度和水蒸气流量对碳转化率和合成气热值及组分影响显著;在反应温度950℃，水蒸气流量0.67 g/min时，碳转化率达到最高值99.47%;合成气主要由H2、CO、CO2、CH4及少量CnHm组成，其中(H2+CO)比例达到63% ～75%，合成气热值在10.5～11.5 MJ/Nm3之间，H2/CO比在1.06～2.26之间。

2)木屑炭高温水蒸气气化制备合成气研究。以木屑炭为原料，在常压固定床反应器中，进行了高温水蒸气气化制备合成气研究。实验分别在800℃ ～1000℃温度下和0.25～0.85 g/min水蒸气流量下进行，反应时间为15 min。主要研究反应温度和水蒸气流量对生物质碳转化率、合成气产率及合成气组分的影响。研究结果表明，木屑炭水蒸气气化具有较高的反应活性，气体产率在0.40～2.97 L/g之间;温度和水蒸气流量对碳转化率和合成气热值及组分影响显著;在反应温度1 000℃，水蒸气流量0.85 g/min时，碳转化率达到最高值78.7%;合成气热值在8.9～9.6 MJ/Nm3之间，合成气中(H2+CO)比例在68% ～80%之间，H2/CO比在3.12～6.32之间。

3)木屑水蒸气加压气化制备合成气研究。以木屑为原料，在加压固定床反应器中，进行了木屑水蒸气加压气化制备合成气研究。实验分别在800℃ ～900℃温度下和0～0.4 MPa的压力下进行，反应时间为30 min。主要研究反应压力对碳转化率、合成气产率及合成气组分的影响。研究结果表明，生物质水蒸气常压气化与加压气化特性有明显差异。加压条件下，木屑水蒸气气化具有更高的反应活性，碳转化率和合成气产率都有明显提高，最高分别达到94.7%和2.03 L/g;反应压力对合成气热值及组分影响显著，H2所占份额明显提高，可达到60%以上，随着气化压力的提高，CO2和CH4浓度呈上升趋势，CO浓度有所降低，而H2未表现出一定的变化规律;合成气的热值较常压气化有所提高;合成气的H2/CO比大幅提高，常压下为2.09，随着压力的增加，H2/CO比呈上升趋势，在0.4 MPa时最高达到6.67。

综上所述，研究了木屑、木屑炭原料在不同反应温度、反应压力及水蒸气流量条件下的水蒸气气化反应。制备的合成气含氢量较高，特别是以木屑炭作为原料和木屑水蒸气加压气化时，说明水蒸气是生物质气化制备合成气的适宜气化介质;合成气热值均在10 MJ/Nm3左右，可以用作优质气体燃料，替代燃油或天然气;同时，通过控制反应温度、反应压力和水蒸气流量等工艺条件，可以调节合成气H2/CO比，用于合成氨或氢燃料、合成醇醚燃料或Fischer-Tropsch合成。本研究表明，生物质水蒸气气化是一种制备生物质合成气的有效方法。

木屑;木屑炭;高温;加压;水蒸气气化;合成气;H2/CO比