流體力學應用/B35：氣化研究
合成氣是由含碳原料氣化產生的氫氣（H2）和一氧化碳（CO）的混合物。自1812年倫敦煤氣、照明和焦炭公司首次將其用於商業用途以來，合成氣及其基於煤炭的前身（城市煤氣、發生爐煤氣、煤氣）一直對人類社會的發展產生影響[1]。它們照亮了城市，提供了熱量和動力，並透過直接使用和轉化為液體燃料為車輛提供動力。隨著全球能源需求從2006年的水平增長近44%，預計到2030年將達到715 EJ，合成氣在工藝熱、電力生產和液體燃料方面將變得越來越重要[2]。人們重新重視煤炭氣化以增強國家安全，而日益增長的環境可持續性問題也增加了人們對生物質氣化的興趣。氣化產生的原產物氣體含有必須減輕的汙染物，以滿足工藝要求和汙染控制法規。本文全面概述了用於去除這些汙染物的技術。“合成氣”一詞被廣泛用作行業術語，指的是所有型別氣化過程產生的產物氣。然而，從技術上講，合成氣是由蒸汽和氧氣氣化過程產生的僅由H2和CO組成的蒸汽流。雖然不完全準確，但本文將使用此行業術語，並使用適當的形容詞來保持與行業和已發表文獻相關的討論的清晰性和簡單性[3]。合成氣有許多用途，從IGCC等熱量或電力應用到各種合成燃料，如下所示（圖1）。在這些應用中，每種汙染物都會造成特定的下游危害。這些危害包括次要的工藝效率低下，如腐蝕和管道堵塞，以及災難性故障，如催化劑的快速和永久失活。存在多種技術來淨化氣化產生的粗合成氣流。一些方法能夠在一個過程中去除多種汙染物，例如溼法洗滌，而另一些方法則專注於僅去除一種汙染物。有可用的技術可以透過減少氣化器內部排放的汙染物來最大程度地減少合成氣汙染；這種方法通常稱為“一次性”或“原位”淨化。還可以使用各種二次技術在下游反應容器中淨化合成氣，以滿足當今應用的嚴格要求。氣體淨化技術根據工藝溫度範圍進行分類：• 熱氣淨化（HGC）• 冷氣淨化（CGC）• 溫氣淨化（WGC）。
這些定義存在相當大的歧義，沒有公認的指南來區分它們。冷氣淨化通常描述在接近環境條件下發生的工藝，而熱氣淨化已被用於描述從低至400℃到高於1300℃的廣泛條件下的應用。在回顧這些不同型別的煤氣清潔之前，將描述要從煤氣流中去除的汙染物的性質。
[1] Knoef H. 在：生物質氣化手冊。恩斯赫德（荷蘭）：BTG生物質技術集團；2012。[2] 國際能源展望：2010。華盛頓特區；2010年7月。327頁。報告編號：DOE/EIA-0484(2010)。[3] Bain RL，Broer K. 氣化。在：Robert CB，編輯。生物質的熱化學加工：轉化為燃料、化學品和電力。英國：John Wiley & Sons；2011。第47e77頁。