白云石為催化劑的生物質(zhì)氣化實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、步入21世紀(jì)后，人類的生活水平飛速提高，社會(huì)迅速向工業(yè)化和智能化發(fā)展，但與之而來的環(huán)境污染和化石能源枯竭卻嚴(yán)重制約我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展及現(xiàn)代化建設(shè)。生物質(zhì)能相較傳統(tǒng)化石燃料，可再生的生物質(zhì)具有分布廣泛，儲(chǔ)量較大，能夠?qū)崿F(xiàn)環(huán)境的零碳排放和低氮硫污染；相較風(fēng)能、水力、太陽能，生物質(zhì)易儲(chǔ)備運(yùn)輸，加工轉(zhuǎn)化方法更常規(guī)，且生物質(zhì)能的轉(zhuǎn)化更加穩(wěn)定；相較現(xiàn)代天然氣蒸汽重整制氫或水電解制氫技術(shù)，從生物質(zhì)氣化產(chǎn)品所得氫氣具有環(huán)境友好，經(jīng)濟(jì)可行的優(yōu)點(diǎn)。
　

2、　生物質(zhì)水蒸汽氣化涉及氣液固三相反應(yīng)，過程復(fù)雜。就現(xiàn)有研究而言，簡(jiǎn)單地從單一產(chǎn)物的角度分別分析生物質(zhì)水蒸汽氣化反應(yīng)特性具有局限性，對(duì)于三相產(chǎn)物的綜合描述以及產(chǎn)物之間的相關(guān)性研究還不夠充分。此外，白云石自身機(jī)械強(qiáng)度低，適應(yīng)性較差，造成使用壽命短，其產(chǎn)生的粉末易造成后面管路堵塞，并且在以往的報(bào)道中，該研究局限于氣化氣的組分及催化劑本身的實(shí)驗(yàn)分析，造成白云石催化機(jī)理分析的不完整。本研究采用自制蒸汽氣化爐實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，以廢棄松木屑為原料，采用自制松

3、木成型燃料棒進(jìn)行生物質(zhì)水蒸汽及催化氣化實(shí)驗(yàn)，利用X射線衍射和傅里葉紅外圖譜分別分析生物質(zhì)反應(yīng)殘留物及氣化焦油，反應(yīng)殘留物的比表面積及孔隙特性由BET多點(diǎn)法和BJH法測(cè)得，同時(shí)結(jié)合氣相組分變化研究生物質(zhì)水蒸汽氣化反應(yīng)特性，以及白云石催化劑催化特性，并通過對(duì)白云石的改性，進(jìn)而達(dá)到提高氣化氣富氫程度，降低生產(chǎn)能耗及氣化氣中焦油含量。
　　本論文從以下方面介紹白云石為催化劑的生物質(zhì)氣化實(shí)驗(yàn)研究：
　　一、成型松木燃料棒水蒸汽氣化實(shí)驗(yàn)

4、研究：反應(yīng)溫度和蒸汽流量有利于促進(jìn)蒸汽重整、碳還原、CO的變換反應(yīng)，當(dāng)S/B由0.5增加到1.5時(shí)，溫度為900℃，H2體積分?jǐn)?shù)由52.32%增長(zhǎng)到67.3%；隨溫度升高（750～950℃，S/B=1），松木成型燃料棒的失重率由82.91%升高到91.27%，其微孔結(jié)構(gòu)充分發(fā)展，平均孔直徑由20.96nm降低到3.76nm，焦油中脂肪烴含量增加，芳香烴因發(fā)生開環(huán)反應(yīng)使其含量降低，有益于降低氣化氣中焦油含量。
　　二、白云石催化生物

5、質(zhì)水蒸汽氣化實(shí)驗(yàn)研究：煅燒后的白云石有效提高氣化氣中氫氣含量，相比無催化劑添加，H2體積分?jǐn)?shù)在800℃時(shí)漲幅較大，由32.32%升高至40.11%；白云石催化劑能夠促使碳?xì)浠衔锵蛐》肿親2、CO2和CO轉(zhuǎn)化，且隨溫度升高而加劇；白云石促進(jìn)脂肪烴的碳鏈斷裂、芳香烴開環(huán)反應(yīng)、脫羥反應(yīng)、脫羧反應(yīng)、三鍵斷裂反應(yīng)，以及羥基和醚鏈的氧化等。
　　三、改性白云石催化生物質(zhì)水蒸汽氣化實(shí)驗(yàn)研究：750℃時(shí)，在改性白云石催化條件下，H2的體積分?jǐn)?shù)為

6、45.77%，相較無催化和白云石催化條件下的富氫作用，氣化所需溫度下降100℃左右；富氫程度在低溫度下明顯，但隨溫度升高而消弱；催化劑中活性中心Fe3+隨溫度高逐漸減少，但相比催化氣化前后的白云石，改性白云石催化劑在氣化前后的色澤和形態(tài)變化較輕，反映其表面積碳及機(jī)械強(qiáng)度得到優(yōu)化。
　　本課題研究意義在于：(1)研究氣液固三相產(chǎn)物演化規(guī)律，分析生物質(zhì)水蒸汽氣化反應(yīng)機(jī)理，對(duì)深入研究生物質(zhì)氣化反應(yīng)本質(zhì)提供重要依據(jù)。(2)研究白云石催化劑