稻壳与废轮胎低温共气化协同机制及其在水泥工业替代燃料中的定向优化研究

本文系统研究了稻壳（RH）与废轮胎（WT）低温共气化作为水泥行业替代燃料的协同机制。通过管式炉实验与分子动力学模拟，揭示了不同质量比与过量空气系数（α）对气化产物特性的影响，发现α=0.20、RH:WT=3:7时协同效应达51.45%。研究证实共气化可提升燃气热值（LHV）、降低固相产物中Si/S含量，并通过调控组分比例实现合成气定向优化，为水泥工业低碳转型提供关键技术路径。

　　

Highlight

低温共气化通过稻壳（RH）与废轮胎（WT）的协同作用显著提升燃气品质，同时有效控制污染物排放，为水泥行业提供定制化能源解决方案。

替代燃料

本研究选取稻壳（RH）和废轮胎（WT）作为替代燃料。稻壳来自中国江苏省某农场，废轮胎通过网购获取。实验前将样品在80°C下干燥24小时，经机械研磨过筛后取0.250～0.425毫米颗粒备用。工业分析、元素分析及低位热值（LHV）结果见表1。

RH与WT单独气化特性

图3(a,b)展示了RH与WT低温单独气化时燃气组分的产率。在RH气化实验中，提高α会抑制H₂和CH₄生成，但促进CO和CO₂产生，这是因为较高α增强了RH及其长链气化产物的氧化反应。C₂H₄和C₂H₆产率变化较小且始终处于较低水平。在WT低温气化实验中，α增加显著提升了H₂和CO产率，但抑制了CH₄生成。WT气化产生的烃类物质（如C₂H₄和C₂H₆）浓度远高于RH，这归因于WT中聚合物链的热解特性。

共气化协同效应

共气化过程中，WT初期会抑制RH分解，但后期促进可燃物释放。虽然总气体产率下降，但燃气LHV显著提升，最大协同效应（51.45%）出现在α=0.20、RH:WT=3:7的条件下。纤维素（CE）提供氢和烃基自由基助力可燃气体生成，丁苯橡胶（SBR）提供的芳香族化合物可降低NO_x排放。通过调控RH/WT比例与气化温度，可实现合成气组分、热值及碳分布的精准调控。

结论

本研究通过RH与WT的低温共气化实验，系统分析了不同质量比和α对气化性能的影响。共气化不仅改善燃气品质，还降低固相产物中硅硫含量，为水泥工业碳减排提供了可行的替代燃料技术方案。