全 文 ：　　基金项目：科技部农业成果转化基金资助项目（编号：２００８ＧＢ２Ｃ１０００９９）、江苏省科技支撑计划项目（编号：ＢＥ２００８０５１）、江苏省
动力机械清洁能源与应用重点实验室项目（编号：ＱＫ０９００５）。
　　作者简介：王立群，１９６４年生，副研究员，硕士生导师；从事热能工程领域的研究工作。地址：（２１２０１３）江苏省镇江市京口区学
府路３０１号江苏大学。Ｅ－ｍａｉｌ：ｔｈｗｌｑ２０００＠１６３．ｃｏｍ
醋糟间歇气化制备燃气试验
王立群　陈兆生
江苏大学能源与动力工程学院
　　王立群等．醋糟间歇气化制备燃气试验．天然气工业，２０１４，３４（３）：１４７－１５２．
　　摘　要　醋糟是酿造食醋后所剩余的残渣，由于醋糟具有盐度高、酸性强、自然分解慢等特点，将醋糟气化后制备燃气，对于提高
酿醋行业资源利用率、减小环境污染均具有重要的意义。为此，采用单一流化床两步气化方法，以煤作为热载体与发热体，纯水蒸气作
为气化介质，在自行研制的实验装置上进行了醋糟气化制备燃气的试验，探讨了气化温度（９００～１　０００℃）、水蒸气与醋糟质量比（１．２３
～３．５７）对燃气组分（Ｈ２／ＣＯ、ＣＯ／ＣＯ２ 等）、产率、低热值等的影响。在实验研究的条件范围内，燃气中（Ｈ２＋ＣＯ）含量为６７．０７％～７３．
７２％，燃气产率为０．３２～０．７２ｍ３／ｋｇ，低位热值为１０　７５７．２～１１　７４６．１６ｋＪ／ｍ３。试验结果表明：①Ｈ２ 和ＣＯ是燃气中最主要的２种气
体，随着气化温度的升高，燃气中Ｈ２ 与ＣＯ含量、ＣＯ／ＣＯ２ 值和燃气产率均增加，而ＣＨ４ 与ＣＯ２ 含量、Ｈ２／ＣＯ值和燃气低位热值则相
应地减少；②随着水蒸气与醋糟质量比的增加，燃气中Ｈ２ 与ＣＨ４ 含量、Ｈ２／ＣＯ值、燃气产率和低位热值均增加，而ＣＯ含量呈现下降
趋势。结论认为：该单一流化床两步气化系统能够稳定获得富含氢气的燃气，并可长时间平稳、安全、可靠地运行。
　　关键词　热能工程　生物质　燃气　间歇气化　流化床　水蒸气　醋糟　煤
　　ＤＯＩ：１０．３７８７／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－０９７６．２０１４．０３．０２５
Ａｎ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｓｔｕｄｙ　ｏｆ　ａ　ｆｕｅｌ　ｇａｓ　ｐｒｏｄｕｃｅｄ　ｆｒｏｍ　ｖｉｎｅｇａｒ　ｒｅｓｉｄｕｅ　ｔｈｒｏｕｇｈ
ｂｉｏｍａｓｓ　ｉｎｔｅｒｍｉｔｔｅｎｔ　ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ
Ｗａｎｇ　Ｌｉｑｕｎ，Ｃｈｅｎ　Ｚｈａｏｓｈｅｎｇ
（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｅｎｅｒｇｙ　ａｎｄ　Ｐｏｗｅｒ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｊｉａｎｇｓｕ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈｅｎｊｉａｎｇ，Ｊｉａｎｇｓｕ２１２０１３，Ｃｈｉｎａ）
ＮＡＴＵＲ．ＧＡＳ　ＩＮＤ．ＶＯＬＵＭＥ　３４，ＩＳＳＵＥ　３，ｐｐ．１４７－１５２，３／２５／２０１４．（ＩＳＳＮ　１０００－０９７６；Ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｆ　ａ　ｆｕｅｌ　ｇａｓ　ｃａｎ　ｂｅ　ｐｒｏｄｕｃｅｄ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ｇａｓｉｆｉｅｄ　ｖｉｎｅｇａｒ　ｒｅｓｉｄｕｅ　ｗｉｔｈ　ｈｉｇｈ　ｓａｌｉｎｉｔｙ，ｓｔｒｏｎｇ　ａｃｉｄｉｔｙ，ａｎｄ　ａ　ｖｅｒｙ　ｓｌｏｗ　ｎａｔｕｒａｌ
ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ，ｔｈｉｓ　ｗｉｌ　ｎｏｔ　ｏｎｌｙ　ｈｅｌｐ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｖｉｎｅｇａｒ　ｒｅｓｉｄｕｅ　ｂｕｔ　ｍｉｔｉｇａｔｅ　ｔｈｅ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　ｒｉｓｋｓ．Ｉｎ　ｔｈｉｓ
ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｓｔｕｄｙ，ｔｈｅ　ｔｈｅｒｍｏｃｈｅｍｉｃａｌ　ｂｉｏｍａｓｓ　ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｗａｓ　ｐｅｒｆｏｒｍｅｄ　ｏｎ　ａ　ｓｅｌｆ－ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ｆｌｕｉｄｉｚｅｄ－ｂｅｄ　ｒｅａｃｔｏｒ　ｗｉｔｈ　ｐｕｒｅ　ｗａｔｅｒ
ｖａｐｏｒ　ａｓ　ａ　ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｍｅｄｉｕｍ．Ａ　ｔｗｏ－ｓｔａｇｅ　ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｗａｓ　ａｄｏｐｔｅｄ　ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ　ｔｈｅ　ｔｉｍｅ－ｓｅｇｒｅｇａｔｅｄ　ｈｙｂｒｉｄｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ａｉｒ
ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｓｔｅａｍ　ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｓｔａｇｅｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｓａｍｅ　ｆｌｕｉｄｉｚｅｄ　ｂｅｄ　ｒｅａｃｔｏｒ．Ｔｈｅ　ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ　ｓｔａｇｅ　ｗａｓ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ａｓ　ｃｏａｌ　ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ
ｆｅｄ　ｗｉｔｈ　ａｉｒ；ｔｈｅ　ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｓｔａｇｅ　ａｓ　ｂｉｏｍａｓｓ　ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｆｅｄ　ｗｉｔｈ　ｓｔｅａｍ．Ｔｈｅ　ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ－ｒｅｑｕｉｒｅｄ　ｅｎｅｒｇｙ　ｗａｓ　ｐｒｏｖｉｄｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｃｏｍ－
ｂｕｓｔｉｏｎ　ｓｔａｇｅ．Ｔｈｅ　ｇｏａｌ　ｗａｓ　ｔｏ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅ　ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ（９００–１０００℃），ｓｔｅａｍ　ｔｏ　ｖｉｎｅｇａｒ　ｒｅｓｉｄｕｅ　ｍａｓｓ　ｒａ－
ｔｉｏ（１．２３–３．５７）ｏｎ　ｔｈｅ　ｇａｓ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ（Ｈ２／ＣＯ，ＣＯ／ＣＯ２，ｅｔｃ．），ｙｉｅｌｄ　ｒａｔｅ　ａｎｄ　ｌｏｗｅｒ　ｈｅａｔｉｎｇ　ｖａｌｕｅ（ＬＨＶ）ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｒｏｄｕｃｔ　ｇａｓ．
Ｗｉｔｈｉｎ　ｔｈｅ　ｒａｎｇｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ｕｓｅｄ，Ｈ２ａｎｄ　ＣＯ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐｒｏｄｕｃｔ　ｇａｓ　ｖａｒｉｅｄ　ｆｒｏｍ　６７．０７ｔｏ　７３．７２％，ｇａｓ
ｙｉｅｌｄ　ｆｒｏｍ　０．３２ｔｏ　０．７２ｍ３／ｋｇ，ａｎｄ　ＬＨＶ　ｆｒｏｍ　１０，７５７．２ｔｏ　１１，７４６．１６ｋＪ／ｍ３．Ｔｈｅ　ｆｏｌｏｗｉｎｇ　ｆｉｎｄｉｎｇｓ　ｗｅｒｅ　ｏｂｔａｉｎｅｄ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ｅｘ－
ｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｒｅｓｕｌｔｓ．Ｆｉｒｓｔ，Ｈ２ａｎｄ　ＣＯ　ａｒｅ　ｔｈｅ　ｔｗｏ　ｍａｉｎ　ｇａｓｅｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐｒｏｄｕｃｔ　ｆｕｅｌ　ｇａｓ；ｗｉｔｈ　ａｎ　ｉｎｃｒｅａｓｅ　ｏｆ　ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，Ｈ２
ａｎｄ　ＣＯ　ｃｏｎｔｅｎｔ，ＣＯ／ＣＯ２ｖａｌｕｅ　ａｎｄ　ｇａｓ　ｙｉｅｌｄ　ａｌ　ｉｎｃｒｅａｓｅ，ｗｈｉｌｓｔ　ＣＨ４ａｎｄ　ＣＯ２ｃｏｎｔｅｎｔ，Ｈ２／ＣＯ　ｖａｌｕｅ　ａｎｄ　ＬＨＶ　ｄｅｃｒｅａｓｅ．Ｓｅｃｏｎｄ，
ｔｈｅ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ｏｆ　Ｈ２ａｎｄ　ＣＨ４，Ｈ２／ＣＯ　ｖａｌｕｅ，ＬＨＶ　ｉｎｃｒｅａｓｅ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｒｉｓｅ　ｏｆ　ｓｔｅａｍ－ｔｏ－ｖｉｎｅｇａｒ－ｒｅｓｉｄｕｅ－ｍａｓｓ　ｒａｔｉｏ，ｗｈｉｌｓｔ　ｔｈｅ　ＣＯ　ｃｏｎｔｅｎｔ
ｓｈｏｗｓ　ａ　ｄｅｃｒｅａｓｉｎｇ　ｔｒｅｎｄ．Ｉｎ　ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎ，ａ　ｆｕｅｌ　ｇａｓ　ｒｉｃｈ　ｗｉｔｈ　Ｈ２ｃａｎ　ｂｅ　ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ　ｏｂｔａｉｎｅｄ　ｆｒｏｍ　ｔｈｉｓ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ａｐｐａｒａｔｕｓ　ｕｎｄｅｒ
ｓｔｅａｄｙ，ｒｅｌｉａｂｌｅ　ａｎｄ　ｓａｆｅ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｈｅｒｍａｌ　ｐｏｗｅｒ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ｂｉｏｍａｓｓ，ｇａｓ，ｉｎｔｅｒｍｉｔｔｅｎｔ　ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ｆｌｕｉｄｉｚｅｄ　ｂｅｄ，ｗａｔｅｒ　ｖａｐｏｒ，ｖｉｎｅｇａｒ　ｒｅｓｉｄｕｅ，ｃｏａｌ
·７４１·第３４卷第３期　　　　　　　　　　　　　　　　　　　新　能　源　　　　　　　　　　　　　　
　　醋糟是一种高湿度稻壳固体废弃物，是粮食原料
（米、麦、高粱等）酿造食醋后所剩余的残渣。醋糟具
有盐度高，酸性强，自然分解慢，占用空间资源大等特
点。醋糟如果长期暴露在环境中，将会严重污染环境。
在酿造食醋的行业，每天都有大量的醋糟产生，如江苏
恒顺醋业股份有限公司每年生产排放的醋糟达到２６０
×１０４　ｔ［１］。然而，由于醋糟地域性较强，处理难等问
题［２］，醋糟资源并没有被充分利用，其中大部分仍被当
作垃圾进行填埋处理［１］，只有少部分作为饲料、食用菌
栽培、植物无土栽培和酶制剂生产的原料来使用［３］。
为此，有必要对醋糟的有效处理和利用进行研究。
　　近些年来，国内外学者对生物质的气化特性进行
了不同程度的研究［４－１９］，对同属于生物质的醋糟的处
理和利用具有一定的借鉴意义。气化是在气化介质下
将含碳物质转化成包含Ｈ２、ＣＯ、ＣＨ４ 等气体的一个过
程。气化介质可以是空气、水蒸气或者是空气与水蒸
气的混合物等。目前以水蒸气作为气化介质所进行的
气化被公认是能获得较高品质燃气的气化方式。而水
蒸气气化过程是强吸热过程，需要向反应器提供热量。
笔者采用单一流化床两步气化方法，以煤作为热载体
与发热体，纯水蒸气作为气化介质，在自行研制的流化
床热态实验装置上对醋糟气化制备燃气进行了研究，
探讨了气化温度、水蒸气与醋糟比对燃气组分（Ｈ２／
ＣＯ、ＣＯ／ＣＯ２ 等）、产率、低热值等的影响。
１　间歇气化试验
１．１　试验床料和原料
　　试验床料为宽筛分的流化床锅炉炉渣，平均粒径
为３ｍｍ。试验原料为煤和醋糟，其中煤为丹徒煤，来
自于江苏省镇江市，平均粒径为３ｍｍ，仅用于燃烧阶
段；而醋糟取自于江苏恒顺醋业股份有限公司，平均粒
径为５ｍｍ，仅用于气化阶段，其元素分析和工业分析
如表１所示。
１．２　试验装置
　　试验系统如图１所示，主要由气化炉装置、供料装
置、供气系统、分离与净化装置、燃气储存装置组成。
１．２．１　气化炉
　　为流化床气化炉，其所采用的耐火材料为重质高
表１　物料的元素分析和工业分析表
原料
工业分析（质量分数）
挥发分 水分 固定碳 灰分
元素分析（质量分数）
碳 氢 氧 氮
丹徒煤 １６．３５％ １．８４％ ６２．１５％ １９．６６％ ７３．６００％ １．７９１％ ２３．１５４％ １．４５５％
醋糟　 ６０．４６％ １０．８５％ １３．８４％ １４．８５％ ３８．８３２％ ４．９３７％ ５４．８１０％ １．４２１％
图１　单一流化床两步气化工艺图
　　注：①生物质料斗；②螺旋给料机；③流化床气化器；④煤给料装置；⑤空气／蒸气分配器；⑥风室；⑦旋风分离器；⑧灰收集器；⑨ＰＩＤ控制柜；⑩管式
热交换器；瑏瑡软水泵；瑏瑢软水箱；瑏瑣湿式洗涤塔；瑏瑤储气柜；瑏瑥燃气收集袋；瑏瑦烟囱；瑏瑧蒸气流量计；瑏瑨空气流量计；瑏瑩罗茨鼓风机；ｂ，ｃ和ｅ为热电偶（Ｋ
型）的插口；ａ与ｄ分别为下、上测压口；１－１为空气控制阀；１－２为烟气控制阀；２－１为水蒸气控制阀；２－２为燃气控制阀
·８４１· 　　　　　　　　　　　　天　然　气　工　业　　　　　　　　　　　　　　　　　　２０１４年３月
铝楔形砖和轻质高铝楔形砖，炉体高２　０００ｍｍ，底部
直径为１５０ｍｍ，顶部直径为３００ｍｍ，外径为９００
ｍｍ，炉体设有溜孔和溢流孔，气化炉内从分布板到气
化炉出口依次设置了３个 Ｋ型热电偶，用于测量炉
底、炉中和炉顶的温度。
１．２．２　供料装置
　　供料装置分为生物质供料装置和煤供料装置（在
气化炉上处于同一高度），主要包括生物质料斗、螺旋
进料器和电机。实验前把物料加入到料斗内，调节电
机转速由螺旋进料器把物料送到气化炉中，可以准确
地控制物料的加入量。
１．２．３　供气系统
　　由供空气和供水蒸气装置构成，供空气和供水蒸
气是间断进行的，燃烧阶段供空气，气化阶段供水蒸
气，空气由空气压缩机（罗茨鼓风机）提供，流量由流量
计控制，水蒸气由蒸气发生器及余热锅炉提供，流量由
计量泵控制。
１．２．４　分离与净化装置
　　主要包括高温旋风分离器和洗涤塔，高温旋风分
离器采用切流式，洗涤塔采用的是有填料的洗涤塔，介
质为自来水，自上而下送入，而燃气由底部进入，由此
形成水和气体的相对流动，达到对燃气进行降温和净
化的目的。
１．２．５　燃气储存装置
　　燃气储存装置是湿式储气柜，用于储存试验所产
生的燃气。
１．３　试验过程
　　燃气的生产过程分为相互耦合的燃烧和气化２个
阶段，由２对控制阀（１－１空气控制阀、１－２－烟气控制阀
和２－１－水蒸气控制阀、２－２－燃气控制阀）来控制，具体
过程如下。
　　１）煤燃烧阶段。试验系统各个部分调试运行正常
后，打开１－１空气控制阀和１－２－烟气控制阀 ，关闭２－１－
水蒸气控制阀和２－２－燃气控制阀，向流化床气化炉中
加入部分燃烧的木炭，并送入少量的空气。木炭燃烧，
气化炉的床温升高，当床温达到２００℃时，加大通入到
气化炉中的空气量并加入煤，煤在流化状态下燃烧，床
温升高（产生的烟气经２、４、７、８和９等装置排出），当
床温升高到设定的温度并处于相对稳定时，手动关闭
罗茨风机、１－１空气控制阀和１－２－烟气控制阀（延迟５
ｓ），停止向气化炉中加入煤，燃烧阶段结束。
　　２）醋糟水蒸气气化阶段。燃烧阶段结束后进入气
化阶段，手动打开２－１－水蒸气控制阀和２－２－燃气控制
阀，向气化炉中通入水蒸气并添加醋糟，短时间内醋糟
就达到床温，醋糟受热发生分解，产生的焦炭与燃烧阶
段剩余的煤焦共同与水蒸气发生一系列的化学反应
（水煤气反应、还原反应、水煤气变换反应、烃类和焦油
重整反应和甲烷化反应等），最终产生含少量氮气的中
热值燃气，燃气经２、４、５和６号装置，最终进入储气柜
中储存。由于醋糟水蒸气气化反应大都为吸热反应，
故一段时间以后，流化床气化炉的床温将下降，当床温
下降到预设温度时，关闭阀２－１－水蒸气控制阀，延迟５
ｓ关闭阀２－２－燃气控制阀，并停止向气化炉加入醋糟，
气化阶段结束。
　　３）在同一流化床气化炉中，燃烧和气化２个阶段
往复交替地进行工作。这２个阶段的区分是依据设定
的温度。
　　４）在水蒸气气化阶段，当流化床气化炉温度分布
正常稳定后，开始采样气体，采样点位于湿式储气柜顶
部，使用取样球采集气体样品。燃气中的主要组分含
量由岛津ＧＣ－２０１０气相色谱分析仪测定。
２　试验结果与分析
２．１　气化温度的影响
　　气化温度是影响流化床气化炉气化参数的一个重
要参数。笔者以２５℃的增量将气化温度（流化床上３
个热电偶温度的平均值）从９００℃升高到１　０００℃，并
保持水蒸气与醋糟质量比为１．７不变，探讨了气化温
度对试验结果的影响，结果见表２。
　　从表２可以看出，在所研究气化温度的范围内，燃
气中Ｈ２ 含量为４１．３８％～４５．００％，ＣＯ含量为２５．６９％
～２８．７２％，（Ｈ２＋ＣＯ）含量为６７．０７％～７３．７２％，表
明Ｈ２ 和ＣＯ是燃气中最主要的２种气体。此外，燃气
中ＣＨ４ 含量为８．０７％～１１．２０％，ＣＯ２ 含量为９．２０％
～１０．６０％。
　　燃气中组分含量的变化是一系列化学反应共同作
用的结果，结合该气化工艺的特点，主要涉及的化学反
应如下所示。
　　１）煤燃烧阶段。
　　燃烧反应：
碳＋ →空气 热量＋Ｃｃｏａｌ＋ＣＯ＋ＣＯ２＋Ｎ２＋… （１）
　　２）生物质水蒸气气化阶段。
　　热解反应：
　　生物质＋热量［来自式（１ →）］ Ｃｂｉｏｍａｓｓ＋焦油＋气
体（Ｈ２、ＣＯ、ＣＯ２、ＣＨ４、ＣｎＨｍ） （２）
　　水煤气反应：
｛Ｃｂｉｏｍａｓｓ［来自式（２）］＋Ｃｃｏａｌ［来自式（１）］｝＋Ｈ２ 幑幐Ｏ
ＣＯ＋Ｈ２ （３）
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表２　不同气化温度条件下的实验结果表
参　数
气化温度
９００℃ ９２５℃ ９５０℃ ９７５℃ １　０００℃
　燃烧阶段加煤电机转速／（ｒ·ｍｉｎ－１） ３００　 ３００　 ３００　 ３００　 ３００
　气化阶段加醋糟电机转速／（ｒ·ｍｉｎ－１） １　０００　 １　０００　 １　０００　 １　０００　 １　０００
　燃烧阶段供空气量／（ｍ３·ｈ－１） ６８　 ６８　 ６８　 ６８　 ６８
　水蒸气压力／ＭＰａ　 ０．１８　 ０．１８　 ０．１８　 ０．１８　 ０．１８
　Ｈ２ 含量 ４１．３８％ ４２．００％ ４２．７８％ ４３．７５％ ４５．００％
　ＣＯ含量 ２５．６９％ ２５．８０％ ２６．３３％ ２７．２５％ ２８．７２％
　ＣＨ４ 含量 １１．２０％ １０．５９％ １０．０１％ ９．００％ ８．０７％
　ＣＯ２ 含量 １０．６％ １０．５８％ １０．４０％ ９．８７％ ９．２０％
　Ｈ２／ＣＯ　 １．６１　 １．６３　 １．６２　 １．６１　 １．５７
　ＣＯ／ＣＯ２ ２．４２　 ２．４４　 ２．５３　 ２．７６　 ３．１２
　燃气产率／（ｍ３·ｋｇ－１） ０．３２　 ０．４１　 ０．４７　 ０．４８　 ０．４９
　燃气热值／（ｋＪ·ｍ－３） １１　６９６．５１　 １１　５５９．８４　 １１　５０４．１１　 １１　３６４．８２　 １１　３５３．６６
　　还原反应：
｛Ｃｂｉｏｍａｓｓ［来自式（２）］＋Ｃｃｏａｌ［来自式（１）］｝＋ＣＯ 幑幐２
２ＣＯ （４）
　　水煤气变换反应：
ＣＯ＋Ｈ２ 幑幐Ｏ　 ＣＯ２＋Ｈ２ （５）
　　甲烷重整反应：
ＣＨ４＋Ｈ２ 幑幐Ｏ　 ＣＯ＋３Ｈ２ （６）
　　焦油重整反应：
　焦油＋Ｈ２ →Ｏ 气体（Ｈ２、ＣＯ２、ＣＨ４、ＣｎＨｍ） （７）
　　甲烷化反应：
｛Ｃｂｉｏｍａｓｓ［来自式（２）］＋Ｃｃｏａｌ［来自式（１）］｝＋２Ｈ 幑幐２
ＣＨ４ （８）
　　上述反应中，式（５）与式（８）为放热反应，式（２）～
（４）和式（６）～（７）为吸热反应。
　　基于表２的数据可以看出，随着气化温度的升高，
燃气中 Ｈ２ 和ＣＯ含量均增加，而ＣＨ４ 和ＣＯ２ 含量均
呈现下降趋势。分析其原因：气化温度升高导致醋糟
热解，气化反应速率加快，且由于水蒸气气化反应大都
为吸热反应，故气化温度的升高对水蒸气气化过程是
有利的。而水煤气反应为水蒸气气化反应的主要反应
（吸热反应），故提高温度有利于 Ｈ２ 和 ＣＯ的生成。
醋糟的挥发分和氧元素含量（表１）较高，醋糟热解过
程会释放大量的ＣＯ２。根据Ｆｒａｎｃｏ的观点［２０］，当温
度超过８２０℃后，ＣＯ２ 与焦炭反应式（４）的反应速率会
有明显的提升，该反应也是吸热反应，温度升高有利于
该反应的进行，故随着气化温度的升高，更多的ＣＯ２
转化为ＣＯ，使得ＣＯ２ 含量降低。另外，由于甲烷化反
应式（８）为放热反应，而甲烷重整反应式（６）为吸热反
应，气化温度的升高使式（８）的逆反应速率加快（即
ＣＨ４ 在高温下发生分解），而使式（６）增强，故ＣＨ４ 的
含量随气化温度升高而降低。
　　ＣＯ／ＣＯ２ 值随气化温度的升高呈现上升趋势，范
围为２．４２～３．１２，这主要是由于温度升高，焦炭与水
蒸气及ＣＯ２ 的反应速率增强所致；而 Ｈ２／ＣＯ值呈现
下降趋势，范围为１．５７～１．６３，这主要是因为随着温
度升高，Ｈ２ 增加量大于ＣＯ增加量。从表２中还可以
看出，在所研究气化温度的范围内，燃气产率由０．３２
ｍ３／ｋｇ增加到 ０．４９ ｍ３／ｋｇ，而燃气低 位 热 值 由
１１　６９６．５１ｋＪ／ｍ３ 减少到１１　３５３．６６ｋＪ／ｍ３。
２．２　水蒸气与醋糟质量比的影响
　　表３为水蒸气与醋糟质量比对实验结果的影响
（气化温度为９６０℃，水蒸气温度为３００℃）。从表３
中可以看出，在所研究水蒸气与醋糟质量比的范围内，
燃气中 Ｈ２ 含量在４０．６７％～４５．８８％之间变化，ＣＯ２
含量在 ８．１０％ ～１０．８１％ 之间变化，ＣＯ 含量在
２３．６５％～２８．４０％之间变化，ＣＨ４ 含量在７．８２％～
１０．７０％之间变化，而（Ｈ２＋ＣＯ）含量在６９．０７％～６９．
５３％之间变化。燃气中 Ｈ２ 和ＣＨ４ 含量均随水蒸气
与醋糟质量比的增加而增加，ＣＯ含量则呈现下降趋
势，而（Ｈ２＋ＣＯ）含量是增加的。
　　燃气中 Ｈ２ 含量的增加和ＣＯ含量的减少，共同
导致了 Ｈ２／ＣＯ值增加，其变化范围为１．４３～１．９４；
Ｈ２ 和ＣＨ４ 含量增加，ＣＯ含量减少，这共同导致了燃
气低 位 热 值 的 增 加，其 变 化 范 围 为１０　７５７．２～
１１　７４６．１６ｋＪ／ｍ３。此外，从表３中还可以看出，燃气
产率在０．３２～０．７２ｍ３／ｋｇ之间变化。
·０５１· 　　　　　　　　　　　　天　然　气　工　业　　　　　　　　　　　　　　　　　　２０１４年３月
表３　不同水蒸气与醋糟质量比条件下的实验结果表
参　数
水蒸气与醋糟质量比
１．２３　 １．５３　 １．８０　 ２．４７　 ３．５７
　燃烧阶段加煤电机转速／（ｒ·ｍｉｎ－１） ３００　 ３００　 ３００　 ３００　 ３００
　气化阶段加醋糟电机转速／（ｒ·ｍｉｎ－１） １　２００　 １　０００　 ８００　 ６００　 ４００
　燃烧阶段供空气量／（ｍ３·ｈ－１） ６８　 ６８　 ６８　 ６８　 ６８
　水蒸气压力／ＭＰａ　 ０．１８　 ０．１８　 ０．１８　 ０．１８　 ０．１８
　Ｈ２ 含量 ４０．６７％ ４２．７５％ ４３．１４％ ４５．４５％ ４５．８８％
　ＣＯ含量 ２８．４０％ ２６．３５％ ２６．００％ ２４．５０％ ２３．６５％
　ＣＨ４ 含量 ７．８２％ ８．１０％ ８．６０％ ９．７２％ １０．７０％
　ＣＯ２ 含量 １０．６０％ ９．４０％ １０．８１％ ８．１０％ ９．２４％
　Ｈ２／ＣＯ　 １．４３　 １．６２　 １．６６　 １．８６　 １．９４
　ＣＯ／ＣＯ２ ２．６８　 ２．８０　 ２．４１　 ３．０２　 ２．５６
　燃气产率／（ｍ３·ｋｇ－１） ０．４６　 ０．４８　 ０．４８　 ０．５９　 ０．７２
　燃气热值／（ｋＪ·ｍ－３） １０　７５７．２　 １０　８２２．６２　 １０　９９８．７３　 １１　４５７．７５　 １１　７４６．１６
３　结论
　　１）单一流化床两步气化系统可长时间平稳、安全、
可靠地运行。吹风燃烧阶段产生的烟气不会滞留在气
化阶段，该气化技术能够稳定获得富含氢气的燃气。
　　２）在实验研究的条件范围内，燃气中（Ｈ２＋ＣＯ）含
量介于６７．０７％～７３．７２％，燃气产率介于０．３２～０．７２
ｍ３／ｋｇ，低位热值介于１０　７５７．２～１１　７４６．１６ｋＪ／ｍ３。
　　３）Ｈ２ 和ＣＯ是燃气中最主要的２种气体。在测
试条件下，随着气化温度的升高，燃气中 Ｈ２ 和ＣＯ含
量、ＣＯ／ＣＯ２ 值和燃气产率均增加，而ＣＨ４ 和ＣＯ２ 含
量、Ｈ２／ＣＯ值和燃气低位热值则相应地减少；随着水
蒸气与醋糟比的增加，燃气中 Ｈ２ 和ＣＨ４ 含量、Ｈ２／
ＣＯ值、燃气产率和低位热值均增加，而ＣＯ含量呈现
下降趋势。
参　考　文　献
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ｄｕｅｓ　ｉｎ　ａ　ｃｉｒｃｕｌａｔｉｎｇ　ｆｌｕｉｄｉｚｅｄ　ｂｅｄ　ｗｉｔｈ　ａ　ｓｅｃｏｎｄａｒｙ　ｂａｃｋ
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ｓｔｕｄｙ　ｏｆ　ｒｅａｃｔｉｏｎｓ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ　ｔｈｅ　ｂｉｏｍａｓｓ　ｓｔｅａｍ　ｇａｓｉｆｉｃａ－
ｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ［Ｊ］．Ｆｕｅｌ，２００３，８２（７）：８３５－８４２．
（修改回稿日期　２０１３－１２－２８　编辑　罗冬梅
檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹
）
中国海油国内首口页岩气探井开钻
　　２０１４年３月１日，中国海油国内第一口页岩气探井———徽页１井顺利开钻，标志着中国海油页岩气勘探开发步入新阶段。
　　该页岩气井设计井深３　４００ｍ，是为解决此区域页岩气资源评价而设计的探井兼参数井，钻探该井可进一步了解下扬子地区二
叠系页岩的含气性，对摸清周边页岩气资源储量，建立商业化勘探开发基础数据资料将起到重要作用。
　　徽页１井由海油发展工程技术公司负责钻井施工作业。该公司相关负责人表示，在钻探过程中，将以安全环保生产为前提，严
格要求，加强合作，以最好的技术、装备和队伍，快速、高效、安全地完成钻井施工作业，把徽页１井建成精品工程，助推中国海油快
速开发页岩气。
（天工　摘编自《国际燃气网》）
·２５１· 　　　　　　　　　　　　天　然　气　工　业　　　　　　　　　　　　　　　　　　２０１４年３月