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摘 要

生物质的化学链气化技术，就是通过载氧体的循环被还原和氧化，为生物质的气化提供氧元素，与传统方法相比不需制备纯氧，能够节省成本。贫铁矿在中国分布非常广泛，且储量丰富，价格低廉，环境友好，是一种好的载氧体材料。为了探寻使用天然贫铁矿颗粒作为载氧体时，生物质化学链气化的气化结果随实验条件不同变化的规律，本文在一个两级管式固定床实验器上，考察了反应温度，循环次数以及铁矿石/生物质质量比等影响因素的变化对气化结果包括产物气体中各气体的浓度、生物质气化的产气率、碳转化率的影响，同时还研究了载氧体是否存在时生物质热解与气化过程的不同。

首先，随着温度的升高，所得的产物气体中CO、气体的浓度有所提高，而、的浓度下降。在一定的温度范围内，随着温度升高生物质气化过程的产气率和碳转化率出现上升的趋势。

其次，载氧体存在相比热解时，产物气体中的浓度均有提高，而、CO、的浓度有所下降，同时气体产率、碳转化率有明显升高。随着铁矿石/生物质质量比的增加，生物质气化的产物气体中的浓度逐渐下降，而的浓度逐渐上升，同时气体产率、碳转化率也逐渐上升。

最后，在循环次数较少的情况下，随着循环次数的增加，产物气体中各气体的体积分数没有太大变化，产气率和碳转化率也几乎稳定，证明天然贫铁矿的循环性能良好。

关键词：生物质，化学链气化，载氧体，贫铁矿

ABSTRACT

In the chemical looping gasification of biomass. The recycling of oxygen carriers can provide oxygen elements for fuel gasification, eliminating the need for pure oxygen production and saving costs. Lean iron ore is widely distributed in China, with abundant reserves, low price, environment friendly. It is an ideal oxygen carrier material. In order to explore the gasification results of the chemical looping gasification of biomass under different experimental conditions with lean iron ore as oxygen carrier, we test in a two-stage tubular fixed-bed tester. The agent was used to investigate the reaction temperature, cycle times, and the effect of the mass ratio of iron ore / biomass on the synthesis gas composition, gas yield, and carbon conversion rate. And the effect of oxygen carrier on biomass gasification process is discussed.

Firstly, from the gas analysis of the product gas at different temperatures, it can be seen that as the temperature increases, the concentration of CO and in the product gas gradually increases, and the concentrations of and decrease. With the increase of temperature, the gas yield and carbon conversion rate increase in a certain range of temperature.

Secondly, compared with pyrolysis, the concentration of in the product gas increase, while the concentrations of , CO and decrease. At the same time, gas yield and carbon conversion rate increase significantly. With the increase of the mass ratio of iron ore / biomass, the concentration of and CO in the biomass gasification product gas gradually decrease, while the concentration of gradually increase, and the gas yield and carbon conversion rate also gradually increase.

At last, in the case of less cycle times, the volume fraction of each gas in the product gas has not changed much with the increase of the cycle times, and the gas production rate and carbon conversion rate are almost stable, which proves that the circulation performance of the lean iron ore is good.

KEY WORDS: biomass, chemical looping gasification, oxygen carrier, lean iron ore

目 录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 2

1.1 研究背景及意义 2

1.2 国内外研究现状 3

1.2.1 生物质化学链技术进展 3

1.2.2 化学链技术中载氧体的研究进展 5

1.3 本文的主要工作 6

1.4 生物质化学链气化理论分析 7

第二章 生物质化学链气化实验 9

2.1 生物质原料 9

2.2 载氧体 9

2.3 实验装置 9

2.4 实验方案设计 13

2.5 分析方法和数据处理 15

第三章 结果与讨论 16

3.1 基准工况 16

3.2 载氧体存在对生物质气化的影响 17

3.3 循环次数对生物质气化的影响 18

3.4 铁矿石/生物质质量比对生物质气化的影响 19

3.5 反应温度对生物质气化的影响 20

第四章 结论与建议 22

4.1 主要研究成果 22

4.2 实验中的不足及展望 22

致 谢 23

参考文献 24

绪论

研究背景及意义

生物质作为一种比较稳定的可再生资源，从长远来看会是化石燃料的可靠替代，与化石能源相比，生物质是一种二氧化碳零排放的可再生能源。想要利用生物质能这种清洁能源，除了直接燃烧的方法外，还可以使用热化学转化和生物化学转化，即气化和液化等方式将生物质转化利用。其中将生物质热解或者气化来制备高热值的合成气是一种非常有应用前景的生物质能利用方法，用此方法得到的合成气可以用来作为燃气加热蒸汽推动汽轮机发电，也可以通过催化等技术转化为其他化工产品。

化学链技术的起源是Richer在1983年提出了一个名为化学链燃烧技术的概念。在化学链燃烧技术中，传统的燃烧反应不再是一步完成，而是分为了两个不同的过程，可以在两个不同的反应器中进行，这两个反应器分别名为燃料反应器和空气反应器。载氧体是化学链技术中很重要的一个组成部分，载氧体在两个反应器中循环，在两个反应器间做一个传递氧的角色。首先，载氧体在燃料反应器中将燃料气体氧化同时自身被还原，还原后的载氧体则加入到空气反应器中，借助空气中的氧气的氧化性将已经被还原的载氧体再次氧化，可以重新加入燃料反应器中。这样，两个反应器中的反应就可以类似的看成一个以载氧体为催化剂的燃料燃烧反应。

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