外文翻译--麦秸燃烧和二氧化碳气化的加压热重分析反应研究 中文版

1 麦秸燃烧和二氧化碳气化的加压热 重 分析反应研究 家实验室燃烧研究所 键词 ：麦秸生物质，加压，气化反应 摘要 由于生物质如麦秸等是一种用于先进加压发电厂且不排放二氧化碳的相关燃料，因此 生物燃料的特性正在引起人们的关注。在这项研究中，通过等温热量分析，将研究研磨成粉的麦秸在加压到 40 巴的情况下的燃烧和二氧化碳气化反应，得到的结果将和一种典型的亚烟煤进行比较。最近，已建成的卧式加压热量分析 仪器投入使用，它可在 1200 ， 45 巴的操作条件下工作 。在这项研究中，湿度和特定压力对反应物氧气和二氧化碳各自的影响是很明显的。 因为气化反应也有一氧化碳的抑制作用，所以，具体的总压力作用不能被观测到。还有对使用未完全研磨成粉的秸秆片的研究。 介绍 生物燃料用于发电和提供热量有许多好处，其中最明显的是不产生二氧化碳和节约将用尽的化石燃料。 此外，在丹麦，国家立法去推动使用当地可利用的生物质，如废弃木材、秸秆等。鉴于将来， 生物质燃料的特性研究将与它的燃烧和气化相关，为高效率的加压类电厂服务，如 此，在斯 堪的纳维亚和其他地方，研究团队已经在各自的国家行动起来，研究生物质燃料的相关特性，主要问题是气压、温度和气体混合物对反应效率的影响。 利用大样品垂直加压热量分析仪器，人们已经研究了特别是木材 、 秸秆和黑色液炭在适度反应率下的气化反应。布莱克德和瑞瑟福特 （ 1985）研究木材、纤维素和木质素在温度达到 800 、 气压在 1 到 40 巴的情况下的高温分解。 莫莱等人（ 1993）研究在充满蒸汽条件下，木炭、炭和黑色液炭的气化反应，以及把它与煤和褐煤进行比较。 但怀特等人（ 1993b）研究质地粗糙的压制木材和泥炭在 850 、 1条件下的高温分解和炭 汽 化为二氧化碳的气化反 。施特劳斯等人（ 1993）研究了在充满蒸汽、 750 950 条件下，大量样品秸秆炭的 气化反应。白克曼等人和怀特（ 1993）研究了黑色液炭， 它上关于在 650 800 、 1 30巴情况下，加压二氧化碳和蒸汽的气化反应研究，同时存在一氧化碳。从下面的图可以看出：在高温分解中，木炭产量随高温分解压力的增加而明显增加，但反 2 应特性有稍微降低。 木炭同泥炭和褐煤的反应相似，大约比煤的反应快 一个数量级 ,黑色液炭的反应比木材快 两个数量级 ,有蒸汽的气化反应比有二氧化碳的反应快 倍。 反 应特性随温度的增加而急剧增加， 这可以从煤的反应中看出来。持续增加总统压力，气体百分比有所降低，这增加了对木材的影响，却直接降低了黑色液炭的作用，这是由于炭的气孔中一氧化碳和氢气的抑制作用的原因。 在这项工作中，我们已经研究了秸秆燃烧和二氧化碳气化反应的效率，而秸秆被认为是一种 在将来丹麦先进电站和供热站中重要的生物质燃料。 这项工作已签下协议并被执行，并且丹麦在利用在欧洲联盟 目中的埃斯和埃克拉特的帮助，它也得到丹麦能源部的支持。 实验 燃料样品是从丹麦发电站或直接供热站得到的普通使用的麦秸。所有秸秆被粉末，秸秆样品的颗粒直径小于 ，在一个炉子中，经过 7 分钟 900 的高温分解热实验，且在常压和无氧气进条件下， 得到粉末秸秆炭、秸秆节点块、秸秆节点和颗粒 。在表 中给出的 位加工的复合燃料 和 近似复合物 极其相似，但和灰复合物 不同，特别是关于 用于这项研究，它是一种杜邦卧式热量分析仪的改进型，最近在成。燃料样品被放在一个直径 的小铂盘上，铂盘悬挂在一个水平平衡臂上，同时把它置于和热 天平连在一起的反应试管中。反应试管通过加热器从外部加热，且整个热天平操作被置于一个 压力为 351 的器皿中。压力和流控制通过许多阀和流控制操作。测试气体从惰性气体氮气或预先混合好的气体中选择，通过填充器把测试气体送到反应试管的尾部，通过加热测试气体去控制温度。在测试试管中，一种气体对应一 种 反应速率，在 1000 、 1 厘米 每秒时被看作 转换时间 ,在样品状态，混合气体的转换时间大约是 100s。 平衡系统 是来自杜邦公司的部件，且反应试管炉子和所有外部系统都是新的。 能在 45 巴和 1200条件下工作。样品可加到 150 来研究，但是对于低密度的燃料，它的颗粒大小的极限由燃料的量决定，一般 5据资料每 2s 记录 1 次。 高温分解实验 在一种惰性测试气体 和变化的温度下进行。燃烧和气化反应实验在等温情况下进行，温度的控制通过采用惰性气体来控制，它可采用氮气、氧气或氮气、二氧化碳和一氧化碳的混合气体。 能够测得最大转化率，它由测试气体的 转换时间 和反应物到样品的最大扩散速率及样品的最大扩散速率 设定 。试验重量信号 通过浮力和平衡臂长度延伸可以补偿，它在标准化测试基础上进行 。对于反应实验，重量补偿之后， X 和 R 有一个变化： )( 0 (1) 3 )1/(/ (2) 在干燥无灰基的条件下， 瞬时和初始各自的炭量 。 每一个实验具有各自的特征：反应转化到 50%时， 随 X 变化的变值 R。X 是一个约数 ,用来表达每个反应类型 ,它被一个标准化的反应式 f(x)（当 x=示 。一定的反应度对应一个估计的反应时间，它可通过 下面式子算得： 0 )1/()( (3) 结论 少部分高 温分解实验用原始的粉末秸秆样品在温度为 150的范围内进行，可以看到热效率和压力的影响。气压在 20 巴，热速率为 10 /0 / 50 /，对炭产量没有影响。当热速率为 30 /，炭产量有些许增长： 、 20 巴、 40 巴对应的炭增量为 15%、 20%和 22%（ ，最大的高温分解率发生在一个狭小的范围内： 342。为了明确压力对炭产量的影响，更多的精确的实验结果是必须的。 如这些结果表明的那样：常压下，高温分解对炭产量毫无影响。 燃烧反应 在温度为 300间，压强为 间，同时氧气在 结果如图例 2 所示。反应随转化度的增加而增加， X=的值是 X=的值的 ， X=的值是 值的 。但是，在低温时 ，这些结果不能直接应用于实际情况，不能和相应的煤的数据进行比较。 在40 ，氧气为 时，其反应效率是 约是相应煤的反应效率的 30倍。 依靠温度和氧气部分的压力得到 110KJ/反应能和 反应级数。反应能量和相关煤的能量近似，但反 应级数较低。没有观察到总压力发挥重大影响。 二氧化碳的气化反应在流态化床上测量， 相关的温度范围在 850，气压在 20 巴，反应中是 3 中气体的混合物，包括一种抑制化合物一氧化碳，数据如图例 3 所示。 一些实验称：在 4 和 40 巴时， O 部分的压力没有改变。在 1000 时， 测定为 氧化碳为 ，一氧化碳不存在。随着转换程度增加，反应效率也增加， X 值为 ， 值分别是 X= 2 倍。根据怀特等人 1993 年测定的结果，此时，秸秆的反应效率大约比相应的煤的反应效率快 16 倍，比木材的反应效率快 。 结果根据朗缪尔 ： =1+式中 a、 b 依据阿列纽斯参数，然而，对于 a、 b,采用负的 活化能。 尽管实验中的数据呈现非系统的变化， 饱和度（用 参数 b 来表示）被清楚的观测到 , 4 在缺乏一氧化碳和二氧化碳 ,压力从 增加到 的条件下 ,反应效率的增加低于按比例的增加。而且当 O 测试气体由 2/0 巴变为 2/2 巴时，反应效率有明显 降低 ，从 。这清楚地表明在测试温度下的抑制作用（用 参数 。 在饱和度和抑制作用的双重影响下，随着温度的升高有一个预期的下降。目前，结论太少而不能决定一个明确的关于热力学的参数，但是如图例 3所示，根据朗缪尔 相关的煤的燃烧中，结合参数 值，能够得到有用的 a 和 b 的值。 然而，参数 值和湿度有关，且依据参数 a 和 b 的实际应用。 测试表明， 随着总压力增大，反应效率有适当降低，当持续供给二氧化碳和一氧化碳混合气体，从 4 巴增加到 40 巴时，反应效率可能降低达 2 倍 。相反，现今数据表明 ，黑色液体炭的反应，当持续供给混合气体时，会增加反应效率。 在 900，气压在 20 巴， O 混合气体为 2/2 巴条件下，测量未磨成粉末的秸秆颗粒的反应。相对于一般炭，粉末的节点颗粒达到反应比它快 点颗粒在 900比它慢 2 倍，但在 950和 1000，他是粉末秸秆反应的3 倍。 谷物 的反应率比粉末快 。节点和节点颗粒令人惊奇的较快的反应，可能是由于样品 不紧密 结构 的原因 ，但是对于节点这种行为也可能是由于 灰 中，催化剂 为集中的缘故。 讨论和结论 在目前的麦秸研究中， 器已经 被证明是一种在适当反应率下对生物质 燃料反应分析的有价值的仪器。 粉末秸秆高温分解表明：随着压力的增加，炭产量仅有很小的增长。秸秆炭样品的加压燃料和气化反应研究表明在 40 巴高温分解只有很低的发热率，但是研究大多在 20 巴条件下进行。 秸秆燃烧反应在低温（大约 350） 且氧气为 情况下， 相应煤在同样条件下反应高一个等级。依靠氧气部分压力是较弱的，且没有观测的总体压力 （分压是一个常数） 的重大作用。 在大约 950， O 压力约为 1 巴条件下，研究二氧化碳的气化反应。它表明在二氧化碳饱和及 一氧化碳 抑制状态下 ， 根据朗缪尔 些 结果能够被理解，但是更多精确的测试必须去精确确定热力学参数。毫无疑问，秸秆炭反应的能量被发现比相干的煤高一个级数，也比木材生物质稍高。未磨成粉末的秸秆颗粒炭， 包括 的反应率适当地分布在比粉末秸秆高 3 倍到 2 倍之间，很可能是未成粉末颗粒的尺寸、密度和 混合成分 复合作用的结果。粉末燃料反应结果表明随总体压力有适当降低，使需要有更多精 5 确的测试去辨别这 是否有重大影响。同时，在不同气压下，用高发热率的炭高温分解实验去辨别高温分解和炭 汽化 在总压力影响下的 区别。