生物质化学链气化技术是当前生物质能源化高效利用的技术之一,其利用氧载体释放晶格氧的能力,将生物质转化成可燃气体等小分子,从而避免引入大量N₂造成的低热值或氧气分离引起的高成本问题。在气化过程中,水蒸气流量、温度、氧载体等因素对合成气的组分产率有较大的影响,同时氧载体的循环特性也是化学链气化的关键因素。生物质作为高碱金属含量的物料,其碱金属对化学链气化有双重影响。一方面能催化生物质热解气化反应,并促进氧载体释放晶格氧,另一方面其熔融特性易造成氧载体烧结。目前,化学链气化技术仍处于起步阶段,针对这些问题仍需深入研究。为此,本文研究了化学链气化反应的基本特性与碱金属对气化的影响,并通过Aspen Plus软件对生物质化学链气化系统进行模拟。本文在固定床反应器中进行生物质化学链气化研究,分析了水蒸气流量、氧载体含量、温度等因素对气化过程的影响,获得气化的基本特性。结果表明:添加水蒸气可以增加合成气的生成,并明显提高H₂产率;但过量的水蒸气会造成CO产率降低和效率下降,当泵转速n=1.2r/min时能得到较高的气化效率和碳转化率。Fe₂O₃作为氧化剂,添加适量的氧载体可以促进焦油的气化反应,但过量的氧载体深度氧化合成气,导致气化效率和碳转化率降低,本实验条件下Fe₂O₃/C的摩尔比为0.25气化效果较佳。此外,温度的提高有利于生物质热解气化和氧载体与热解产物的进一步反应,但过高温度会导致氧载体烧结。在气化反应过程中,无水蒸气的条件下,Fe₂O₃还原成Fe O和Fe,当添加适量的水蒸气后,Fe₂O₃全部转化为Fe₃O₄。在多次循环反应后,氧载体反应性能下降;与纯Fe₂O₃相比,赤铁矿在循环气化过程中表现为较好的稳定性。在前期的基础上,研究负载不同碱金属盐的赤铁矿对气化反应的影响。通过热重红外连用发现添加K₂CO₃后可以催化生物质热解气化,缩短反应时间;同时在高温段失重速率增加。与纯赤铁矿相比,KCl盐在高温段催化赤铁矿释氧,反应时间提前。在反应后期C与CO₂生成CO造成CO的释放时间滞后。在有水蒸气条件下,添加适量的碱金属盐可以提高生物质的气化效率和碳转化率,过多的碱金属会造成氧载体表面烧结,其中添加2%K₂CO₃可得到较佳的气化效果。通过Aspen Plus软件对生物质化学链气化系统进行模拟计算,在自供热反应器上研究不同Fe₂O₃/C比、S/B比等因素对气化反应的影响。随着Fe₂O₃/C摩尔比的增加,气化温度增加,但气化效率逐渐降低,因此过高的Fe₂O₃/C摩尔比不利于可燃气体产率,但由于自供热需求以及化学链供氧温度需求,本条件下Fe₂O₃/C摩尔比为0.5-0.6较合适。随着S/B比的增大,气化温度不断下降,气化效率先增加后减小。对于不同生物质,由于松木屑有较高的含碳量和挥发分,其气化效率和气化温度都较高。