CO2气氛下生物质焦炭颗粒催化气化表观动力学研究

李港辉，庞赟佶，2，翟茂森，陈义胜，陈宏鹏

(1.内蒙古科技大学 能源与环境学院，内蒙古 包头 014010；2.内蒙古自治区高效洁净燃烧重点实验室，内蒙古 包头 014010)

生物质气化是生物质资源提值利用的重要手段之一[1-4]，生物质焦炭气化阶段被认为是整个过程的限制性环节[5-6]，对此国内外研究团队对生物质焦炭气化动力学进行研究[7-9]。生物质气化反应缓慢，依旧是生物质气化工艺的限制性环节。因此，提升焦炭反应速率至关重要。

生物质二次成型颗粒具有运输便捷、能源密度高等优势，催化剂能有效加快气化反应进行[10-11]。本文针对三种催化剂对生物质焦炭颗粒气化转化的影响进行动力学分析，采用等温失重法测量气化反应中焦炭质量变化，根据气化反应所遵循机理，采用热分析方法，求气化反应活化能(E)和指前因子(A)，探究各催化剂的催化机理。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

玉米秸秆，其工业分析见表1，CaO、Fe2O3、Na2CO3均为分析纯。

表1 玉米秸秆的元素分析和工业分析Table 1 Elemental analysis and industrial analysis of corn stalk

SK13BYL管式电阻炉；SQP热重天平；KL120B/C颗粒成型机；OLS4000扫描电镜；D8 ADVANCE X射线衍射分析仪。

1.2 生物质焦炭的制备

玉米秸秆中分别添加CaO、Fe2O3、Na2CO3催化剂10%(催化剂质量/原料与催化剂的总质量)，混合均匀后，通过颗粒成型机压缩为直径8 mm、长度3～5 cm的生物质颗粒，分别放入管式加热炉内，制取炭化温度为450 ℃生物质焦炭颗粒。

1.3 生物质焦炭CO2气化实验

实验装置见图2，CO2通过管路通入反应器中，流量控制为60 mL/min。天平与电脑连接。称取 2 g 生物质焦炭颗粒放入料筒，待反应器内气流稳定后，将料筒悬挂在天平下方，料筒置于气化炉内高温区进行气化反应，点开电脑计数程序，热重天平间隔10 s自动记录质量变化情况，待质量不再变化则气化反应完全。……