松木成型燃料水蒸气气化反应特性

牛永红，韩枫涛，李义科，张雪峰



松木成型燃料水蒸气气化反应特性

牛永红1,2，韩枫涛2，李义科3，张雪峰4

（1内蒙古科技大学矿业研究院，内蒙古包头014010；2内蒙古科技大学能源与环境学院，内蒙古包头014010；3内蒙古科技大学研究生院，内蒙古包头014010；4内蒙古科技大学工业技术研究院，内蒙古包头014010）

采用自制蒸气气化炉试验系统，以废弃松木屑为原料制作成型颗粒燃料，采用高温水蒸气气化，考察不同气化温度及气料比（S/B）对生物质水蒸气气化反应的影响，利用XRD射线衍射和傅里叶红外图谱分别分析生物质反应残留物及气化焦油，反应残留物的比表面积及空隙特性由BET多点法和BJH法测得。结果表明，蒸汽流量和反应温度有利于促进蒸汽重整、碳还原、CO的变换反应，当S/B由0.5增加到1.5时，温度为900℃，H2体积分数由52.32%增长到67.3%；随温度升高（750～950℃，S/B=1），松木颗粒的失重率由82.91%升高到91.27%，其微孔结构充分发展，平均孔直径由20.96 nm降低到3.76 nm，焦油中脂肪烃含量增加，芳香烃因发生开环反应使其含量降低，有益于降低气化气中焦油含量。

废物处理；生物燃料；水蒸气；气化；固相残留物；焦油

引 言

生物质燃料棒易于运输，来源广泛，储量丰富，加工成型简单[1]。目前，生物质水蒸气气化是生物质高效洁净利用领域的研究热点，它能够显著提高气化气中氢气含量及燃料转化率，并具有工艺简单、投资少、生产控制方便等优点[2-3]。相较传统化石能源，它的应用及推广可以有效缓解资源耗竭，能源紧张及目前环境污染等负面问题[4]。

生物质水蒸气气化涉及气液固三相反应，过程复杂[5-6]，在现有报道中，对于三态产物的描述以及产物之间的相关性研究还不够充分，从气液固三相产物的角度综合分析生物质水蒸气气化反应特性具有局限性。生物质焦炭具有发达的空隙结构，在实际的气化过程中其内部孔隙结构的演化直接影响反应介质的扩散传质速率[7]，作为活性吸附材料[8]，它能够促进反应过程中焦油的裂解。而生物质蒸气气化产气中含有的焦油成分复杂，含水量较多不易收集，难于分离去除，焦油的浪费（约占气化气能量5%～10%）不仅造成环境的污染，还对人员健康造成伤害[9]。因此，综合研究水蒸气气化过程中气液固三相产物随温度的变化演化特性，对深入研究生物质气化反应本质提供了重要依据。

水蒸气为加热至气化温度的高温蒸汽，该方法不仅保证反应器内部温度场稳定均匀，且该方式有利于提高水分子活性，促进生物质活化。本项目采用自制松木成型燃料棒为试验对象，通过分析气相组分变化，焦炭孔隙特性，XRD射线衍射及焦油傅里叶红外光谱变化等，全面考察气液固三相产物演化，综合研究生物质水蒸气气化反应机理，为该技术在降低焦油产量、提高气化效率、节约生产能耗研究方面及应用推广领域提供实验及理论依据。

1 试验部分

1.1 试验原料

试验采用废弃回收的松木屑（产自包头市某木材加工厂），如图1（a）所示。松木屑需在气化试验前采用KL120型颗粒机造粒成型[如图1（b）所示，河南巩义机械厂制造]，造粒过程中为使松木屑便于成型，加入约10%的水分。该过程松木屑经机械高压啮合升温，加入的水分被蒸发。造粒过程连续稳定，颗粒密度均匀，约为1200 kg·m-3。该方法不仅增加反应原料的堆积密度，方便试验过程中的加料及卸料，同时有利于气化过程稳定进行。实验挑选直径约4 mm、长约20 mm的成型松木燃料棒作为试验对象，如图1（c）所示。表1为成型松木燃料棒的元素分析和工业分析。

表1 松木燃料棒元素及工业分析

Note: V—Volatile，FC—Fixed carbon，A—Ash. The moisture content of industrial analysis is less, and has less effect in the process of steam gasification, so it is negligible.

1.2 试验装置及试验方案

试验系统(图2)包括：高温水蒸气发生装置（电热蒸汽发生器、水蒸气加热装置）、气化反应主体装置（立式管式电加热炉）、温控及电控装置、气化气净化装置及其采集装置。其中，生物质气化反应装置中的加热管长为750 mm，内径为22 mm。

试验前先通入氮气排空系统内空气，并进行气密性检查。打开电炉并设置气化反应温度（750、800、850、900和950℃），开启水泵，待温度达到设定值，称取50 g成型松木燃料棒加入反应器中间加热区，试验计时开始，待气化产气稳定后收集气体样品（此时气化反应稳定而充分），反应计时开始，30 min后停炉并关闭水泵，收集焦油样品，待管式炉体温度冷却至室温后卸料并收集固相产物。试验过程中，氮气流量控制在500 ml·min-1，多余的气化气冷却净化后燃烧处理，为尽可能收集大部分焦油，采用制冷剂为氟利昂R12制冷循环系统的蒸发器进行冷却，设有多级冷却焦油收集单元。可将收集装置中的溶液冷却至-5℃或更低温度，为保证本试验研究的准确及可靠，每组试验设有多个平行试验组，对实验结果取平均值。

1—nitrogen bottle; 2—rotor flowmeter; 3—water storage tank; 4—adjustable speed peristaltic pump; 5—control cabinet; 6—steam generator; 7—steam heating unit; 8—reaction device; 9—absorption device; 10—drying device; 11—cooling device

1.3 三相产物样品的测定

气化气样品组分通过美国安捷伦公司生产的气相色谱仪（Agilent 7890B型）进行图谱分析。以氩气作载气，利用氢火焰离子化检测器（FID）分析C2H6、C2H4、C2H2、C3H8、C3H6等有机气体，利用热导检测器（TCD）分析H2、CO、CO2等无机气体和CH4。

采用贝士德仪器科技（北京）有限公司生产的3H-2000PSI型全自动比表面积及孔径分析仪测试得反应残留炭的比表面积及其空隙特性，其中，比表面积测定由BET多点法测试得到，平均孔直径由BJH测试法测得。采用德国Bruker D8 Advance X射线衍射仪对反应残留炭进行扫描，步长0.05，1 s/步，扫描范围10°～90°。

试验收集的焦油由德国Bruker生产的TENSOR Ⅱ型傅里叶变换红外光谱仪进行分析，其分辨率为0.5 cm-1。生物质水蒸气气化焦油富含水分，成分复杂，且在静置后分3层：分别为不溶于水且比水密度大的焦油，溶于水的焦油和不溶于水且比水密度小的焦油[如图3（c）所示，不溶于水且比水密度大的焦油含量极少]。由于焦油成分复杂，试验测试选取最上层不溶于水且比水密度小的焦油为研究对象，该方法相较蒸馏（组分有损失）和萃取（萃取剂干扰，且不能完全萃取），采用气化产出焦油原样，通过考察特征官能团分析组分变化，能够反映焦油催化裂解特性，具有代表性，不受萃取剂的影响，减少水分掺混，避免焦油组分亲水基团与水分子氢键链接缔合，方便焦油样品的提取及试验数据可靠的分析。

2 试验结果与讨论

松木燃料棒在水蒸气气氛下主要反应简化为如下过程

干物料C+焦油+热解气 (1)

焦油CH4+H2+H2O+CH(2)

CH+2H2OCO2+(2+)/2H2(3)

CH+H2OCO+[+(/2)]H2(4)

CH4+H2OCO+3H2-206.3 kJ·mol-1(5)

C+H2OCO+H2-118.9 kJ·mol-1(6)

C+2H2OCO2+2H2-90.2 kJ·mol-1(7)

CO+H2OH2+CO2+40.9 kJ·mol-1(8)

C+CO22CO-173.8 kJ·mol-1(9)

因为生物质气化的主要反应为吸热反应[反应（1）～（7）和（9）]，温度的变化直接影响生物质水蒸气气化进程的程度，且随温度升高，其反应越剧烈[10-11]。然而根据气化反应动力学相关理论，在试验条件下，气固反应、气液反应和固液反应的速率较气气反应缓慢。

2.1 气相产物变化规律

图4反映了水蒸气与生物质质量比（简称气料比S/B）为1时气化气组分随温度升高的变化规律。H2体积分数从750℃时的31.91%升高到900℃时的62.89%和950℃的58.61%，提高了近一倍。分析原因为高温使得生物质气化反应更加充分，且温度越高，水蒸气与碳氢化合物的反应越剧烈，越有利于反应（5）和（6）的进行，使得气化气中H2的体积分数不断增加。在950℃时H2的体积分数较900℃时有所下降，这主要是因为蒸汽和CO的变换反应（8）为放热反应，当气化反应温度低于850℃时，反应程度较为剧烈，当气化反应温度逐渐升高时反应逐渐消弱[12]。但随着气化反应温度升高，CO2的还原反应（9）及水蒸气和碳的气固反应程度开始加强，并成为影响气化组分变化的主要因素[13-14]。这些原因造成CO体积分数随温度升高先减少至850℃时的最小值15%，后有微弱的增加，而CO2体积分数先增加到850℃的25%，后呈减少趋势。

随气化反应温度的逐渐升高，小分子的碳氢气体[CH4与CH（≥2）]的体积分数呈逐渐减少的趋势，这是由于碳氢化合物参与水蒸气的重整反应均为吸热反应，且此类气化反应过程随气化温度的升高而变得更加剧烈。

图5为气化气组分随S/B的变化关系（温度为900℃）。当S/B由0.5增加到1.5时，由于蒸汽流量的增加使得气化环境蒸汽分压力增大，促进了蒸汽重整、碳还原、CO的变换反应等向正反应方向进行，H2体积分数由52.32%增长到67.3%，CH4和CH（≥2）的体积分数分别由9.54%降低到7.62%，由3.43%降低到1.64%。图5可以看出，CO产量较为稳定，说明S/B的变化对CO影响不大。CO2含量先降低，达到最小值13.69%后又呈上升趋势，为CO2还原反应和甲烷重整反应共同作用的结果。

2.2 固相产物的变化规律

图6显示松木颗粒燃料的失重率由750℃的82.91%升高到950℃的91.27%（S/B为1）。温度升高有利于促进生物质内部活化，转化为焦炭，并逐步脱落大分子有机物，焦油在此过程中形成式（1），并随温度升高不断演化分解式（2），反应过程中，水蒸气参与气化气及焦油重整及碳水反应也变得剧烈，因此生物质反应失重的部分转化为焦油气化气，而焦油随温度升高逐步向有利于气化气生成的方向裂解，燃料的失重率与生物质气化转化率呈正相关，所以，温度升高有利于提高生物质水蒸气气化的转化率。

XRD射线衍射用于反应残留物晶格结构的分析，其中002峰和100峰的强度能够有效表达碳晶格化程度，002峰反映微晶芳香片层平行定向程度，100峰反应芳香片层大小，峰为宽缓弥散峰，它的出现是由于反应残留物中含有脂肪链。图7为不同温度下生物质燃料棒气化反应固相残留物XRD谱图（S/B为1），生物质原样有较好的芳香片层类结构，随气化温度升高，002峰、100峰和峰逐渐减小并消失，这分别说明气化反应由750℃升高到950℃，芳香烃结构发生分解及脂肪烃的碳链结构逐渐脱落。尤其当试验反应温度大于850℃时，该效果更加明显，结合图6，生物质燃料失重率也在850℃后表现明显的涨幅。

试验过程利用DFT法对气化反应固相残留物微孔体积测定发现，随气化温度升高，残留物的微孔（≤2.07 nm）体积由750℃的0.0500 ml·g-1升高到950℃的0.1125 ml·g-1，说明固相残留物的微孔结构在气化温度升高时得到了充分发展。图8为固相残留物比表面积及平均孔直径随气化温度升高的变化关系（S/B为1）。反应残留物的比表面积由750℃的104.99 m2·g-1升高到950℃的269.99 m2·g-1，且图中显示在850℃时比表面积随温度的升高迅速增加，而平均孔直径由750℃的20.96 nm降低到950℃的3.76 nm。

温度升高增加分子间传热传质，使得水蒸气渗透到热解产生的空隙中与无规则碳进行反应，并使碳表面更多的活性位点暴露出来[15-16]，这造成炭粒内部结构微孔的发展，进而使得比表面积不断增加，平均孔直径逐渐减少。该过程近似于气固之间的吸附与脱附过程，其方程式如式（10）～式（14）所示，其中（）表示吸附态；C表示碳表面活性位[17-18]。

C(H2O)C(O)+H2(10)

C(O)CO (11)

2C(O)CO2+C(12)

C+H2OC(H2O) (13)

C(CO2)CO (14)

随着反应温度升高，气体分子活化能增加，分子扩散更加剧烈[19]，焦炭表面将有更多表面活性炭位的析出，使之更易与蒸汽分子结合，造成氢气体积分数的增加，但温度大于850℃时，CO2含量积累到一定程度，并且其与表面活性炭的吸附能力大于水蒸气与表面活性炭的吸附能力[即式（10）进行程度小于式（14）进行程度]，故而造成一氧化碳与水蒸气的变换反应程度随着气化反应温度的升高而减弱，而二氧化碳的还原反应[式（9）]及水蒸气和碳的气固反应程度开始逐渐加强，从而验证2.1节中的结论。

2.3 温度对液相产物的影响规律

图9为试验温度为750℃条件下产出焦油的红外谱图（800～950℃与该条件下出现峰值位置一致，S/B为1）。图中，表达羟基的峰值出现在3430 cm-1（O—H对称伸缩振动）左右，该峰表现宽缓，形成原因为多聚物分子间及分子内以氢键连接的缔合峰；脂肪烃的特征峰出现于2957 cm-1（C—H非对称伸缩振动，为—CH3），2924 cm-1（C—H2非对称伸缩振动，为—CH2—），2854 cm-1（C—H2对称伸缩振动，为—CH2—），1458 cm-1（C—H2对称弯曲振动，为—CH2—）；芳香烃的特征峰出现于3007 cm-1（C—H伸缩振动），1513 cm-1（芳环面内弯曲振动），还有指纹区的854 cm-1、814 cm-1和792 cm-1的C—H面外振动也表达芳香烃的出现；酮类或羧酸类的官能团CO伸缩振动出现于1707 cm-1；芳香醚的特征峰出现于1267 cm-1（C—O—C非对称伸缩振动）和1034 cm-1（C—O—C对称伸缩振动）；酚类和醇类的特征峰出现于1100～1300 cm-1，为C—O伸缩振动和O—H伸缩振动；此外，出现在2333～2360 cm-1为CN或CC伸缩振动，而出现在440 cm-1的峰值推测为Si—O弯曲振动所致，可能为生物质中所含灰尘。依据图中透射度大小，可以得出生物质气化焦油主要有脂肪烃和芳香烃，还有酚类、酮类、羧酸类、醇类和芳香醚等含氧有机物。

分别对750～950℃的红外谱图在波数为1503～1523 cm-1处积分，其面积表示芳香烃含量；对波数为2800～3100 cm-1进行积分，其面积表示烃类含量（包含芳香烃和脂肪烃）。图10反映了焦油中脂肪烃和芳香烃含量随温度升高的变化规律（S/B为1）。图中，芳香烃含量呈下降趋势，尤其以850℃为界，其含量下降加快；烃类含量变化较缓，以850℃为界，其含量有所增加。这说明脂肪烃含量呈增加趋势，这是由于温度升高（尤其温度大于850℃），脂肪烃从生物质颗粒脱落下来的速度大于由于温度升高引起的脂肪烃分解速度（与对XRD射线衍射图谱分析的结论吻合），而芳香烃因发生开环反应造成其含量降低。在水蒸气气氛条件下，有机大分子通过发生开环反应及断链反应[20]，使开环或断链后的结构更易转化为小分子气体，这有力证明了水蒸气生物质气化相较于其他气化方式更有利于降低焦油含量[21-22]。

3 结 论

（1）气化反应程度随温度升高而加剧。（S/B=1），H2体积分数从750℃时的31.91%升高到900℃时的62.89%，提高近一倍，CO体积分数随温度升高先减少，后有微弱的增加，而CO2体积分数变化规律与CO相反；小分子的碳氢气体[CH4与CH（≥2）]的体积分数逐渐减少。蒸汽流量增加促进了蒸汽重整、碳还原、CO变换反应等向正反应进行，当S/B由0.5增加到1.5时，H2体积分数由52.32%增长到67.3%，CH4和CH（≥2）的体积分数明显降低。CO变化较为稳定，CO2呈现先降低后回升的趋势。

（2）在750～950℃温度范围内（S/B=1），随着气化反应温度的升高松木颗粒的失重率由82.91%升高到91.27%，固相残留物的微孔结构得到了充分发展。反应残留物的比表面积随温度升高由750℃的104.99 m2·g-1升高到950℃的269.99 m2·g-1，提高了近一倍；平均孔直径随温度的升高由750℃的20.96 nm降低到950℃的3.76 nm。温度升高增加了分子间传热传质，使得水蒸气渗透到生物质热解产生的空隙与无规则碳进行反应，微孔得以发展，比表面积增加，平均孔直径减少。

（3）气化焦油有脂肪烃和芳香烃，还含有酚类、酮类、羧酸类、醇类和芳香醚等含氧有机物。气化焦油中脂肪烃含量随温度升高而增加，芳香烃因发生开环反应造成其含量降低，这有益于降低气化气中焦油含量。气化温度大于850℃，CO与蒸汽的变换反应开始减弱，而CO2的还原反应及蒸汽与碳的气固反应开始占优势，引起气体组分较大变化，此时碳颗粒内部及气化焦油中芳香烃结构的分解及脂肪烃碳链结构的脱落开始加剧。

References

[1] 王建南, 胡志超, 彭宝良, 等. 我国生物质气化技术概况与发展[J].农机化研究, 2010, (1): 198-201. WANG J N, HU Z C, PENG B L,General situation of biomass gasification technology in China [J]. Journal of Agricultural Mechanization Research, 2010, (1): 198-201.

[2] 俞元元, 肖军, 沈来宏, 等. 麦秸半焦低温催化气化[J].林产化学与工业, 2015, 35(1): 113-120. YU Y Y, XIAO J, SHEN L H,Catalytic gasification of wheat straw char at low temperature[J]. Chemistry and Industry of Forest Products, 2015, 35(1): 113-120.

[3] 涂军令. 木屑/木屑炭高温水蒸气气化制备合成气研究[D]. 北京: 中国林业科学研究院, 2012. TU J L. Sawdust/sawdust charcoal high temperature steam gasification and the preparation of syngas[D]. Beijing: China Academy of Forestry Science, 2012.

[4] 潘蕊. 杨木热解动力学及其固定床热解基础实验研究[D]. 南京: 南京林业大学, 2014. PAN R. The thermosgravimetry study of pyrolysis kinetics and fixed bed experimental investigation of poplar wood[D]. Nanjing: Nanjing Forestry University, 2014.

[5] BALDWIN R M, MAGRINI-BAIR K A, NIMLOS M R,Current research on thermochemical conversion of biomass at the National Renewable Energy Laboratory[J]. Applied Catalysis B: Environmental, 2012, 115(5): 320-329.

[6] 张斌, 阴秀丽, 吴创之, 等. 木粉水解残渣热解半焦结构及反应性研究[J]. 农业机械学报, 2010, (2): 87-92. ZHANG B, YIN X L, WU C Z,Study on structure and CO2gasification reactivity of acid hydrolysis residue char[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2010, (2): 87-92.

[7] SHETH P N, BABU B V. Production of hydrogen energy through biomass (waste wood) gasification[J]. International Journal of Hydrogen Energy, 2010, 35(19): 10803-10810.

[8] 张介之, 吴小文, 黄朝晖, 等. 利用KNO3活化花生壳制备生物炭及其对苯酚吸收性能研究[J]. 炭素技术, 2015, 34(4): 31-36.ZHANG J Z, WU X W, HUANG Z H,Preparation of biochar with peanut shell as raw materials and KNO3as activator and their adsorption properties for phenol[J]. Carbon Techniques, 2015, 34(4): 31-36.

[9] 典平鸽, 张乐观, 江程程. 裂解温度对生物质热解焦油成分的影响[J]. 可再生能源, 2012, 30(5): 54-58. DIAN P G, ZHANG L G, JIANG C C. The influence of pyrolysis temperature on the component of biomass pyrolytic tar[J]. Renewable Energy Resources, 2012, 30(5): 54-58.

[10] 牛永红, 韩枫涛, 陈胜义. 高温蒸汽松木颗粒富氢气化试验研究[J]. 农业工程学报, 2016, 32(3): 247-252. NIU Y H, HAN F T, CHEN Y S. Experimental study of high-temperature steam gasification of pine particles for hydrogen-rich gas[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2016, 32(3): 247-252.

[11] AHMED I, JANGSAWANG W, GUPTA A K. Energy recovery from pyrolysis and gasification of mangrove[J]. Applied Energy, 2012, 91(1): 173-179.

[12] 李琳娜. 生物质高温水蒸气气化制备富氢燃气的研究[D]. 北京: 中国林业科学研究院, 2011. LI L N. Preparation of hydrogen rich gas high temperature steam gasification biomass research [D]. Beijing: China Academy of Forestry Science, 2011.

[13] FRANCO C, PINTO S, GULYURTLU I,The study of reactions influencing the biomass steam gasification process[J]. Fuel, 2003, 82(7): 835-842.

[14] NIPATTUMMAKUL N, AHMED I I, KERDSUWAN S,Hydrogen and syngas production from sewage sludgesteam gasification[J]. International Journal of Hydrogen Energy, 2010, 35(21): 11738-11745.

[15] 张振, 王涛, 冯台, 等. 水蒸气及氧气复合气氛对活性半焦空隙结构演化的影响[J]. 燃烧科学与技术, 2015, 21(4): 318-323. ZHANG Z, WANG T, FENG T,Influence of steam and oxygen on pore structure evolution of active semi-char[J]. Journal of Combustion Science and Technology, 2015, 21(4): 318-323.

[16] IRFAN M F, USMAN M R, KUSAKABE K. Coal gasification in CO2atmosphere and its kinetics since 1948: a brief review[J]. Energy, 2011, 36(1): 12-40.

[17] SONCINI R M, MEANS N C, WEILAND N T. Co-pyrolysis of low rank coals and biomass: product distributions[J]. Fuel, 2013, 112(3): 74-82.

[18] XU Q, PANG S, LEVI T. Reaction kinetics and producer gas compositions of steam gasification of coal and biomass blend chars(Ⅱ): Mathematical modelling and model validation[J]. Chemical Engineering Science, 2011, 66(10): 2232-2240.

[19] 赖艳华, 马春元, 施明恒. 生物质燃料层热解过程的传热传质模型研究[J]. 热科学与技术, 2005, 4(3): 219-223. LAI Y H, MA C Y, SHI M H. Heat and mass transfer in pyrolysis process of biomass fuel bed[J]. Journal of Thermal Science and Technology, 2005, 4(3): 219-223.

[20] AHMED I, GUPTA A. Sugarcane bagasse gasification: global reaction mechanism of syngas evolution[J]. Applied Energy, 2012, 91(1): 75-81.

[21] RAHMAN M S. State diagram of foods: its potential use in food processing and product stability[J]. Trends in Food Science and Technology, 2006, 17(3): 129-141.

[22] GUIZANI N, AL-SAIDI G S, RAHMAN M S,State diagram of dates: glass transition, freezing curve and maximal freeze concentration condition[J]. Journal of Food Engineering, 2010, 99(1): 92-97.

Steam gasification characteristic of pine briquette fuel

NIU Yonghong1, 2, HAN Fengtao2, LI Yike3, ZHANG Xuefeng4

(1Mining Research Institute, Inner Mongolia University of Science and Technology, Baotou 014010,Inner Mongolia,China;2School of Energy and Environment,Inner Mongolia University of Science and Technology, Baotou014010,Inner Mongolia,China;3Graduate School, Inner Mongolia University of Science and Technology, Baotou 014010,Inner Mongolia,China;4Industrial Technology Research Institute, Inner Mongolia University of Science and Technology, Baotou 014010,Inner Mongolia,China)

The effects of different gasification temperature and gas-solid ratio (S/B) on steam gasification reaction of waste pine sawdust were investigated in the self-made steam gasifier by using high-temperature steam gasification technology. Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR) and XRD ray diffraction were employed to analyze the reaction residue and the gasification tar, respectively. The specific surface area and pore characteristics of the reaction residue were separately measured by BET multi-point method and BJH method. The results showed that the increase of steam flow promoted the reactions of steam reforming, carbon reduction, and carbon monoxide conversion. When the ratio of S/B increased from 0.5 to 1.5, the volume fraction of H2increased from 52.32% to 67.3% at 900℃，the volume fraction of CO decreased with increasing temperature, and then slightly increased, while the change rule of CO2was opposite to CO. The volume fraction of hydrocarbon gases (CH4and CH(≥2)) of small molecule decreased gradually. In the temperature range of 750—950℃, the gasification reaction increased with increasing temperature. When S/Bwas 1, the volume fraction of H2increased from 31.91% at 750℃to 62.89% at 900℃, increasing by nearly one time. With the increase of temperature, the weight loss rate of pine briquette fuel increased from 82.91% to 91.27%, the pore structure of the residual solid phase was fully developed, and the average pore diameter decreased from 20.96 nm to 3.76 nm. The content of aliphatic hydrocarbons in gasification tar also increased with increasing temperature, while the content of aromatic hydrocarbon decreased due to the ring opening reaction, which was beneficial to reduce the tar content in the gasification gas.

waste treatment; biofuel; steam; gasification; solid residues; tar

10.11949/j.issn.0438-1157.20161188

TK 6

A

0438—1157（2017）03—1191—08

内蒙古科技创新引导基金项目(01850401)；内蒙古自然科学基金项目（2015MS0106）；内蒙古科技大学大学生科技创新项目(2015138)；内蒙古科技大学研究生教育教学改革研究与实践项目（YJSJGX2015005）。

2016-08-24收到初稿，2016-11-02收到修改稿。

联系人及第一作者: 牛永红（1977—），男，博士，副教授。

2016-08-24.

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