面向污泥化学链气化过程灰分与水分影响气化特性的研究进行了综述。铁基载氧体因其低成本与较高的载氧能力成为化学链气化最受关注的载氧体，但其反应活性较低。污泥/生物质灰分中含有的K、Ca等氧化物有助于提高载氧体活性，但高反应速率会导致载氧体局部烧结；污泥/生物质中水分析出吸收大量热量，但部分水蒸气和载氧体协同促进碳气化反应从而提高了H2生成率，提高富氢燃气品质，控制循环灰量和水分析出速率是关键途径。
基于铁基载氧体的污泥/生物质化学链气化及其灰分-水分影响特性研究进展
孙国震1，安泽文2，陈岩明1，梁文政1，王 坤1，常国璋1，王翠苹1，岳光溪1,3
1.山东科技大学 土木工程与建筑学院 清洁能源实验室
2.青岛科技大学 化工学院
3.清华大学 能源与动力工程系
研究背景
全球双碳背景下，市政污泥降污减碳的资源化处置至关重要。通过化学链气化路线处置生物质调湿的污泥被认为是清洁、高效的低碳技术，并且铁基载氧体因低成本与较高的载氧能力成为化学链气化最受关注的载氧体。由于污泥成分复杂，与生物质掺混后气化，则灰分间相互作用及其水分对于气化特性的影响，尚需更加系统深入的研究。
研究内容
概述了高湿污泥与农林废弃物常用处置技术及化学链气化技术的研究现状，着重归纳了化学链气化过程中灰分与水分对气化特性影响的研究进展。铁基载氧体因其经济性和载氧能力优越成为化学链转化最受认可的载氧体，掺杂Ni、Ca、K等元素进行改性的研究较多。污泥和生物质灰分因含有较高的钾钙而对气化产物和气化效率有双向影响；污泥/生物质中水分析出后，部分水蒸气和载氧体参与水碳反应而提高了H2生成，提高富氢燃气的品质。污泥与生物质在化学链气化过程须利用灰分和水分的正向影响以提高气化效率。
研究结论
1）化学链气化在污泥/生物质热解制气方面有比较广泛的研究基础，是一种降污减碳的热化学转化途径。复合铁基载氧体在污泥与生物质化学链气化中具有优良的选择性，利于制备富氢燃气，经济性优越。钙、镁、铜是常用的掺杂改性组分，用于提高铁基载氧体的活性和多循环稳定性。
2)气化产物的灰分对气化效率具有双向影响，甚至影响到NOx的排放。污泥/生物质灰分中含有的K、Ca等离子有助于载氧体活性的提高，但反应速率的提高会导致载氧体局部烧结，继而降低载氧活性；循环的灰分与气相充分接触，对气体重整具有催化作用，因而提高了合成气品质。污泥灰成分复杂且多变，但灰分对于气化的促进效应及其在载氧体表面的持续性沉积存在一个平衡点。
3）湿污泥水分析出，部分成为气化剂，提高合成气中H2占比并具有能量回收优势，但过高湿度污泥的水析出，降低炉温，导致蒸汽反应率降低，合成气中CO2含量上升。
4）高湿污泥经生物质调湿的化学链气化，可控制灰循环量和水分析出速率，则具有工艺简洁、能耗低、合成气品质高等优点。
图1 化学链气化原理
图2 湿污泥热解机理
引用格式：
孙国震,安泽文,陈岩明,等.基于铁基载氧体的污泥/ 生物质化学链气化及其灰分-水分影响特性研究进展[J].洁净煤技术,2023,29(9):1-13.
SUN Guozhen，AN Zewen，CHEN Yanming,et al.Research progress on sludge / biomass chemical looping gasification andash-moisture influence on gasification characteristics[J].Clean Coal Technology,2023,29(9)：1-13.
通讯作者
王翠苹，教授，博士生导师。从事燃烧源污染防治、有机固废化学链转化、储能材料开发等方面研究工作。青岛崂山区拔尖人才(山海英才)，宁夏自治区特聘专家，中国高等教育学会工程热物理专委会理事，国际燃烧学会会员，山东省节能协会理事。主持完成国家重点研发计划项目课题、国家自然科学基金面上项目、国家黄河生态保护联合研究中心专项课题等项目10余项。发表学术论文80余篇，在Fuel、Chemical Engineering Journal、Energy Conversion and Management、Fuel Processing Technology、Energy等著名学术期刊发表SCI论文40余篇，获国家发明专利18项，获山东省科学技术三等奖、青岛市技术发明三等奖、山东省高等学校科技成果奖三等奖、中国颗粒学会自然科学二等奖等奖项。
