生物质空气-水蒸气气化制取合成气热力学分析

摘要

基于Gibbs自由能最小化原理,计算了包括H2O(l)和C(s)在内的,生物质空气-水蒸气气化体系热力学平衡,对比分析了常压气化和加压气化的特点,通过回归分析得到了不同压力下,气化产物中可燃气体分率最高时的水蒸气/生物质质量比(S/B,Steam to Biomass Ratio)与空气当量比(ER,Equivalence Ratio)的关系曲线,为探讨适于制取合成气的气化工艺和条件提供初步的理论指导.研究表明,相对于常压气化,加压气化体系的平衡温度较高,平衡状态下可燃气体分数较低,但CH4含量明显增加;一定温度和当量比下,加压气化使得气化产物中可燃气体分数达到最高所对应的S/B比增大,即需要消耗更多水蒸气;通过调节S/B比,可以比较方便地控制产物中H2和CO的比例.以常压为例,T=1 173 K,S/B=0.17时,气化产物中H2/CO约为1.1:1,而S/B=1.02时,气化产物中H2/CO约为2:1;不同压力下最佳S/B比和ER有很好的线性关系,温度为1 173 K时,最佳S/B比与压力及ER的关系为S/B=-1.48×ER-4.49 E×10-5×p2 + 5.83 E×10-3×p + 0.32.