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为解决富氧气体（OEG）气化中局部过热及烟气中氮对气化效率影响不明的问题，研究人员开展烟气中氮及烟气再循环率（FGR）对合成气质量和碳转化效率（CCE）的研究。发现 35% CO?浓度烟气、10% FGR 率时，合成气低位热值（LHV）达 7.74 MJ/m3，CCE 提升 6%，为优化 OEG 气化提供依据。
垃圾围城是全球面临的严峻挑战，如何高效清洁地将城市固体废弃物（MSW）转化为能源成为焦点。传统的垃圾填埋和焚烧方式不仅占用大量土地，还会造成土壤、空气和水源污染。气化技术作为一种有潜力的废弃物处理方式，能将 MSW 在高温缺氧条件下转化为合成气（syngas），用于发电或生产化工原料。然而，在富氧气体（Oxygen-Enriched Gas, OEG）气化过程中，较高的氧气含量可能导致气化炉局部过热，损坏设备，同时烟气中含有的氮气（N?）对 OEG 气化效率的影响，尤其是对合成气低位热值（Lower Heating Value, LHV）和碳转化效率（Carbon Conversion Efficiency, CCE）的影响尚不明确。为了优化 OEG 气化过程，提升废弃物到能源（Waste-to-Energy, WTE）的转化效率，新加坡南洋理工大学（Nanyang Technological University）的研究人员开展了相关研究，探究烟气中氮气和烟气再循环率（Flue Gas Recirculation, FGR）对合成气质量和碳转化的影响，该研究成果发表在《Fuel》上。
研究人员采用实验室规模的气化系统，该系统集成了中空纤维空气分离膜单元，能够产生氧气纯度为 45% 的 OEG，这种膜法空气分离技术具有节能和成本效益。以城市固体废弃物制备的垃圾衍生燃料（Refuse-Derived Fuel, RDF）为原料，通过调节气化温度、当量比（Equivalence Ratio, ER），并引入不同浓度（20% 和 35% CO?）和再循环率（10% 和 30%）的烟气，利用气相色谱分析合成气成分，通过总有机碳分析测定 char 中的碳含量，计算 CCE。
3.1 验证膜基 OEG 气化的优势
在当量比为 0.2、气化温度为 900°C 的条件下，使用 45% 氧气纯度的膜基 OEG 作为气化剂，与使用空气相比，合成气 LHV 提高了 64%，达到 8.83 MJ/m3，合成气产率（不含 N?和 CO?）提高了 81%。这表明 OEG 能有效减少氮气的稀释效应，提升合成气质量。
3.2 优化 OEG 气化工艺参数
研究发现，气化温度从 700°C 升高到 900°C 时，合成气产率显著提高，H?和 CO 含量分别增加了 367% 和 95%，但温度进一步升高到 950°C 时，LHV 略有下降。当量比为 0.2 时，合成气 LHV 达到最高值 8.83 MJ/m3，因此选择 900°C 和 ER=0.2 作为后续研究的最佳条件。
3.3 纯 CO?对 OEG 气化的影响
在 OEG 气化中引入纯 CO?，当 CO?/C 比为 0.25 时，合成气 LHV 提高 5%，CCE 提高 8%。然而，当 CO?/C 比超过 0.25 时，由于 CO?的稀释效应和甲烷干重整反应消耗高 calorific 的甲烷，LHV 下降。这表明适量的 CO?能促进 Boudouard 反应，提高 CO 产量，但需控制比例。
3.4 在 OEG-CO?气化中利用烟气再循环
引入含 35% CO?的烟气，当 FGR 率为 10% 时，合成气 LHV 为 7.74 MJ/m3，CCE 比无 FGR 的 OEG 气化提高 6%。虽然氮气的稀释导致 LHV 下降，但 CCE 的提升表明烟气再循环在实际应用中的可行性。当 FGR 率提高到 30% 时，CCE 进一步提高，但 LHV 下降更显著，说明需要在合成气质量和碳转化之间权衡。
综上所述，该研究表明，在 OEG 气化中集成烟气再循环是可行的，35% CO?浓度的烟气、10% 的再循环率可在一定程度上平衡合成气质量和碳转化效率。膜基 OEG 气化结合烟气再循环不仅能调节气化温度，提高操作稳定性，还能利用工业烟气中的 CO?，减少碳排放，为城市固体废弃物的高效能源转化提供了新的思路和优化方案。未来需要进一步进行技术经济评估，以确定该技术在大规模应用中的可行性。
