基于铁矿石载氧体的污泥化学链气化实验研究(4)
1.2.3 污泥气化技术
污泥气化技术是指，在一定的压力和温度条件下，以空气、氧气或水蒸气作为气化剂，在还原性的气氛下，通过一系列的热化学反应，将污泥中的有机物转化为含有H2、CH4、CO、CO2等可燃性气体，以及焦油和灰渣的过程[25]。它作为一种清洁高效，经济和技术上均可行，以及在一定程度上可以实现能量自持的污泥处理方法，近几年来得到国内外的广泛关注。相比污泥焚烧，污泥气化产生的燃气可以直接用来发电，不需外加燃料，同时能量利用效率比较高，SO2和NOx等有害气体排放量较少，大部分的重金属被控制在灰渣中，浸出毒性低，处理成本也相对较低。另外，与污泥热解相比，污泥气化能量利用率更高，固体残渣中重金属和有机物的浸出较低，后续处理简单。
污泥气化过程包含了一系列连续复杂的化学反应过程和热力过程，实际上整个过程在热量上是自给的，在稳定的工况下通常不再需要外部的热源，可在固定床或流化床上进行。首先是水分的析出，然后干燥的污泥进行热解，最后热解的产物进行气化，这些物质同时被氧化并在还原区域被还原成可燃气体[26]。影响污泥气化的因素很多，主要有：气化剂、气化温度、反应时间、空气当量比、催化剂、污水处理工艺以及气化床类型等。根据气化剂类型的不同，污泥气化可以被分为CO2气化、H2O气化、O2气化、空气气化以及混合气体气化。
污泥气化的污染物控制主要涉及到含氮化合物以及重金属等，要了解这些污染物在污泥气化过程中的产生原理及其抑制方法，从而减少乃至避免二次污染[27]，这对于污泥的无害化处理具有重要的理论保证和现实意义。
1.3 化学链气化技术
化学链气化(chemical-looping gasification)是一种新颖的气化理念，目前，基于固体燃料化学链气化以制取高品质能量载体的技术，主要包含了基于载碳体的化学链气化技术和基于载氧体的化学链气化技术[28]。一般来讲，化学链气化过程通过两个串联的反应器实现，循环载体颗粒的不同决定了制取目标气化产物的差异。
在基于循环载碳体颗粒的化学链气化过程中，采用CaO颗粒所开展的研究较为广泛。如图1.1所示，在气化反应器内，燃料在气化介质的作用下气化生成合成气，CaO与合成气中的CO2气体通过碳酸化反应生成CaCO3，固定气化反应器内的CO2；同时，CaO对水汽变换反应(CO+H2O=CO2+H2)具有较强的催化作用。因此在气化反应器内，合成气中大量的CO在CaO作用下被转化为H2，使得在气化反应器出口可获得高纯度H2；气化反应器生成CaCO3循环至煅烧反应器进行煅烧反应，重新生成气化反应器所需的新鲜CaO颗粒[29]。同时，在煅烧反应器出口也可获得高纯度的CO2气体。基于CaO载碳体颗粒的化学链气化技术，在气化过程中获取了高纯度的H2，并实现了CO2的内分离。
而基于循环载氧体的化学链气化技术是利用载氧体中的晶格氧来代替常规气化反应中的富氧空气等气化介质，向燃料提供气化元素所需要的氧元素，通过控制晶格氧与燃料的比值，使固体燃料气化，得到以CO和H2为主要组分的合成气。化学链气化与传统的气化方式相比，具有以下优点：首先，载氧体的循环使用为燃料气化提供了氧元素，省去了纯氧制备，节省了成本；其次，在空气反应器中载氧体发生氧化反应，放出的热量被载氧体带入燃料反应器，为燃料的气化提供了热量，载氧体同时起到热载体作用，因而无需外加热量[30]；同时，化学链气化中的金属载氧体对焦油还具有催化作用，可以降低焦油的含量，在这里做重点介绍。
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