鄱阳湖水生植物流化床气化过程中碱金属的迁徙与催化特性的研究

鄱阳湖流域的水生植物富含N，P，K，Ca，Mg和重金属元素，技术程度低或者不当的生物质利用过程会导致金属污染物再次进入食物链危害人类的健康，而通过流化床气化可以实现清洁高效利用生物质能，也是未来的发展方向。但是水生植物中碱金属含量很高，在气化过程中易转化迁徙，引起系统设备的沾污、腐蚀；而碱金属在转化的同时还对生物质气化反应有明显的催化作用，其赋存形态和转化方式对催化作用有重要影响。然而水生植物流化床气化相关的研究很少。因此，本项目以机理分析为主，通过大量的实验研究，采用宏观与微观相结合的方法探索水生植物中碱金属的赋存形态，研究水生植物流化床气化过程中碱金属的转化与迁徙规律，并基于化学热动学理论进行碱金属化合物的热力学计算模拟；分析碱金属对水生植物流化床气化过程以及气化产物品质与理化特性的影响，结合碱金属的迁徙过程从本质上揭示碱金属的转化迁徙与催化特性。

鄱阳湖是我国的第一大淡水湖，但是富营养化程度和重金属污染程度逐渐增加，水生植物出现严重的过载现象，技术程度低或者不当的生物质利用过程会导致金属污染物再次进入食物链危害人类的健康，而通过生物质气化可以实现清洁高效利用生物质能，也是未来的发展方向。.本项目通过探索碱金属在生物质中的赋存形态及其与生物质有机组成的耦合特性；从微观化学结构掌握碱金属在水生植物固定床、流化床气化过程中的转化、迁徙机制，并掌握水生植物特性、无机矿物质组成以及实验条件等对碱金属转化的影响规律；探索生物质碱金属对生物质气化过程及气化产物品质与后续利用的催化作用；综合生物质碱金属的转化、迁徙与其对生物质气化的催化，探索碱金属的转化与催化的关联耦合机制。.研究发现在芦苇中存在至少存在0.2%的有机矿物质，其矿物质主要成分为Si，其次是S、K、Al、Ca和P。在洗脱矿物质过程中，发现芦苇的分子结构中基团多而且复杂，无论是在特征峰区和指纹区都出现缔合吸收峰，存在-CH2-，-CH3，C=O，O-H，Si-O基团，而且直链和单键支链数较多。.热解过程中，研究发现生物质原样的反应规律基本相似，均含四个反应阶段。而经过酸洗后的样品，孔结构对反应有较大的影响，芦苇酸洗样形成的孔比面积大，挥发分析出速度增加。但是根据对失重速率峰的积分面积分析会发现各样品之间的挥发分析出量差别不很明显，从孔结构上影响了挥发分的析出过程，但不影响挥发分的析出总量。凤眼莲洗脱样的反应活性都要高于原样，而且洗脱样之间也存在差别，添加了Na和K的洗脱样的反应活性比添加Mg的反应活性要低，说明Mg的催化效果比K和Na明显。另外，添加了Na和K的洗脱样的反应活性比什么都不添加的洗脱样的反应活性要低，这主要是由于洗脱矿物质过程中形成大量的微孔所致，所以在研究碱金属的催化作用过程中，由于物理结构的改变造成的反应活性变化影响是很明显的。.在生物质气化过程中，凤眼莲酸洗样在350℃之后反应活性随着升温速率的升高而增加。在相同的升温速率下，添加K的样品在气化过程中350℃之后的反应活性最高，其次是添加Na的样品，而添加了Mg的样品活性甚至不及原样。这个实验结果与热解的实验结果刚好相反。而且通过对比芦苇和凤眼莲的气化反应规律，发现在热解阶段，凤眼莲的反应机理更趋近于缩核反应机理，在焦炭气化阶段，反应机理更趋向于均相反应模型；芦苇则恰恰相反。