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.doc

1麦秸燃烧和二氧化碳气化的加压热重分析反应研究OlerathmannandJytteBlllerupRiso国家实验室燃烧研究所DK-400Rodkide,DENMARK关键词：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IGCC。因此，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、1-20巴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、750950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650800、130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APAS项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0.2，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K2O和P2O5。PTGA仪用于这项研究，它是一种杜邦卧式热量分析仪的改进型，最近在RISO建成。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。PTGA仪能在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5-10g。数据资料每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：cccmmmX/)(0(1)3)1/(/XddXmddRtctmc(2)在干燥无灰基的条件下，mc和mc0是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，R0.5和随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=0.5时标准值取0.1）表示。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：5.0/1RtX0)1/()(dXXXfX(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150-1000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/min、30/min或50/min时，对炭产量没有影响。当热速率为30/min时，炭产量有些许增长：1.5巴、20巴、40巴对应的炭增量为15%、20%和22%（2.5%），最大的高温分解率发生在一个狭小的范围内：342-355。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300-410间，压强为1.5巴-40巴间，同时氧气在0.08-0.8间测量时，R0.5的结果如图例2所示。反应随转化度的增加而增加，X=0.2时的值是X=0.5时的值的0.6倍，X=0.8是的值是X0.5是值的1.7倍。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0.26巴时，其反应效率是0.002s-1，大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/mole的反应能和0.61的反应级数。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850-1050，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，CO2/CO部分的压力没有改变。在1000时，R0.5被测定为0.006s-1,二氧化碳为0.7巴，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0.2、0.8时，R0.5的值分别是X=0.5时R0.5的0.6和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1.5-2倍。R0.5的结果根据朗缪尔-欣谢尔伍德的反应动力学公式可以算得，即：R0.5=k1Pco2/(1+aPco+bPco2)式中k1、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0.7巴增加到2.2巴的条件下,反应效率的增加低于按比例的增加。而且当CO2/CO测试气体由2/0巴变为2/2巴时，反应效率有明显降低，从1.5-5倍。这清楚地表明在测试温度下的抑制作用（用参数a来表示）。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-欣谢尔伍德的反应动力学公式，从相关的煤的燃烧中，结合参数k1的值，能够得到有用的a和b的值。然而，参数k1的值和湿度有关，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900-1000，气压在20巴，CO2/CO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2.5倍，节点颗粒在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2.5倍。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K2O较为集中的缘故。讨论和结论在目前的麦秸研究中，PTGA仪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0.08-0.8巴情况下，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，CO2/CO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