生物质与石油焦非等温共气化反应特性及动力学

摘要

【目的】利用热重分析仪，采用程序升温法，研究CO₂气氛下生物质直接与石油焦共气化反应特性，并考察生物质掺混比例的影响。【方法】通过石油焦掺混生物质灰及脱灰生物质共气化实验，探讨了生物质中矿物质与有机质对石油焦气化的影响。【结果】结果表明，生物质的添加大幅度提高了石油焦气化反应活性，其促进作用随生物质掺混比例增加而增强。共气化反应过程中，生物质中的矿物质而非有机质起着催化气化石油焦的作用，且其催化作用随着矿物质量的增加而增强，而石油焦的存在对生物质热解过程的失重特性则几乎没有影响。生物质脱矿后气化反应活性大幅降低，亦充分证明了生物质中矿物质的催化作用。采用比气化速率对共气化反应分析可得，比气化速率随气化温度升高而单调增加，可利用其评价不同掺混比例共气化原料反应活性高低。以程序升温过程中不同温度下的比气化速率作为对应恒温条件下的速率常数进行动力学计算。结果表明，生物质气化的活化能显著低于脱矿物质生物质活化能，生物质中的矿物质存在大幅降低了反应的活化能。随着生物质掺混比例的增加，石油焦与生物质混合物的活化能逐渐降低。利用获得的动力学方程，可较好地拟合生物质与石油焦混合的共气化反应特性，并可以推测混合物在更高温度条件下的气化反应规律。

关键词

共气化 / 动力学 / 生物质 / 石油焦 / 矿物质

基金资助

国家重点研发计划项目(2020YFB0606304); 山西省科技合作交流专项项目(202104041101018)