高水分生物质和石油焦解耦双流化床共气化过程中无机金属元素的协同作用及析出规律研究

High water content biomass, rich in organic matter, is easy to corrupt. It can cause serious pollution to the environment. Given the current state of fossil energy, it is necessary to utilize these resources rationally. Co-gasification of high water content waste and petroleum coke in a dual fluidized bed can handle high moisture content biomass, generate a tar-free middle-heat value gas, which is a new kind of biomass utilization technology. Generally, biomass is in rich in alkali metal, such as potassium, sodium, and there are some inorganic metal elements in petroleum coke. In the process of combustion and gasification, the exists of alkali metal may cause problems of sintering and ash deposits on the heating surface in the furnace, which have become an important obstacle in the process of biomass energy utilization. In order to solve the problem of sintering caused by inorganic metal elements in furnace and explore synergistic effect of alkali metals during decoupling co-gasification of high water content biomass and petroleum coke,theoretical simulation and experimental research will be used to study the transformation of inorganic elements and the collaborative features，binding and sedimentary characteristics of the biomass ash, petroleum coke ash and bed material of high temperature,all of above will be provide basic data and theoretical guidance for the operation of the system.

高水分生物质容易腐烂，对环境污染严重，但是富含有机质，鉴于目前化石能源紧张的状态，合理利用这些资源是非常必要的。高含水废弃物与石硫焦双流化床气化可以处理高水分生物质，生成低焦油的中热值气体，是一种新型的生物质处理利用技术。生物质中普遍富含的钾、钠等碱金属，石油焦中也存在一些无机金属元素，在燃烧、气化等过程中可能倾向于引发诸如炉内聚团、受热面粘污等问题，这些问题已成为生物质能源化利用过程中的重要障碍。为了解决无机元素所带来炉内聚团问题和探索碱金属在解耦气化中的协同作用，本项目通过理论模拟和实验研究对解耦双流化床气化过程中无机金属元素的析出转换及协同特性进行了系统研究，同时研究了生物质灰、石油焦灰分与床料的高温粘结及沉积特性，建立生物质灰、石油焦灰分以及床料高温粘结数学模型，以其为系统的操作运行提供基础数据和理论指导。

为了研究生物质与高硫石油焦解耦共气化工艺碱金属的析出规律及协同作用，为此工艺提供基础数据，进行了以下研究：.研究内容一：利用热化学平衡计算软件FactSage对酒糟和石油焦的混合物燃烧碱金属析出过程进行模拟。得出结论：酒糟和石油焦燃烧过程中主要形成的化合物是KCL﹑KALSi3O3和KALSiO6和K2O，和HCL。添加氧化钙使钾主要以KCL形式存在，添加氧化铝之后将元素钾以更多的以固态的形式固定在灰中。.研究内容二:碱金属/碱土金属对生物质热解过程的影响。在热重分析仪上，研究了酒糟单独热解，加灰热解及与石油焦共热解。得出结论：E加灰热解<E酒糟单独热解<E共热解<E石油焦。石油焦本身不含有钠元素和钾元素，生物质在400度以上热解时，大部分钾和钠已经析出。在流化床上研究碱金属对生物质热解的气相产物分布及焦油量的影响，生物质灰和生物质共热解，热解油的含量显著降低，氢气含量显著提高，二氧化碳含量显著降低。.研究内容三:研究无机元素对半焦/石油焦气化过程以影响。碱金属的存在加快了生物质焦的反应速率，生物质焦水蒸气气化所得活化能181.24kJ/mol，添加了灰分的生物质焦水蒸气气化所得活化能为157.6kJ/mol。灰分对解耦气化产物分布最主要的影响是氢气含量增大，CO气体含量增大，气体热值增大。.研究内容四:生物质半焦/石油焦燃烧过程研究。生物质焦燃烧活化能25.49kJ/mol，生物质灰/焦为6.60kJ/mol，石油焦燃烧活化能40.45kJ/mol，石油焦+灰燃烧活化能16.71kJ/mol。采用酸洗法脱除生物质半焦中碱金属进行空气热重分析，发现脱除碱金属所获得活化能增大，对比没有脱除碱金属的半焦而言，减少不是很大。通过对酒糟和石油焦成型燃料的研究，酒糟：石油焦要大于1。对冷成型过程进行数值模拟：在酒糟颗粒成型过程中，接触应力由上到下逐渐减小。经验证，酒糟和石油焦共燃所得灰分熔融温度符合熔融温度预测模型。