生物質(zhì)低溫催化氣化試驗研究.pdf

1、生物質(zhì)具有資源豐富、可再生以及減緩溫室效應(yīng)、降低SOx、NOx排放等特性，是理想的綠色能源。從降低能耗和調(diào)節(jié)氣體組分角度考慮，生物質(zhì)低溫氣化是最具發(fā)展前景的技術(shù)之一。針對生物質(zhì)低溫氣化過程中，半焦轉(zhuǎn)化率低和產(chǎn)物氣中焦油含量多的問題，本文分別進行半焦低溫催化氣化和焦油催化重整的試驗研究，重點研究高效催化劑的選擇以及氣化條件對生物質(zhì)低溫氣化的影響。
　　首先，針對生物質(zhì)半焦低溫催化氣化，采用浸漬法制備K2CO3為活性成分，海泡石以及A

2、l2O3為載體的K基催化劑。針對生物質(zhì)焦油催化重整，浸漬法制備NiO為活性成分，Al2O3為載體的Ni基催化劑;在此基礎(chǔ)上，采用機械混合法制備了復(fù)合型催化劑。催化劑的XRD分析結(jié)果表明，活性成分與載體在煅燒過程中相互作用，形成了新的物相，煅燒溫度不同，形成的物相也不盡相同;氮吸附實驗結(jié)果表明催化劑載體Al2O3和Sep都具有較大的比表面積和有優(yōu)異的孔結(jié)構(gòu)，煅燒溫度是影響催化劑比表面積和孔結(jié)構(gòu)的重要因素，隨著煅燒溫度的提升，催化劑比表面積

3、下降明顯。
　　其次，針對氣化過程中半焦問題，進行生物質(zhì)半焦低溫水蒸氣氣化試驗研究，采用響應(yīng)面設(shè)計法，考察K基催化劑的制備、氣化溫度等對氣化過程的影響，并對氣化過程進行優(yōu)化和分析。結(jié)果顯示:K2CO3負載量是影響半焦氣化反應(yīng)的重要參數(shù)，對氣化反應(yīng)具有極顯著的影響;提高催化劑的煅燒溫度對氣化反應(yīng)的氫氣產(chǎn)率和碳轉(zhuǎn)化率的提升具有顯著作用，對反應(yīng)速率影響不顯著;H2/CO、CO2/CO摩爾比隨著煅燒溫度的增加而增加;而且K2CO3負載量與

4、煅燒溫度對氫氣產(chǎn)率和碳轉(zhuǎn)化率的交互效應(yīng)顯著，煅燒溫度較高時，K2CO3負載量才表現(xiàn)出對H2/CO、CO2/CO摩爾比較大的影響。采用響應(yīng)面設(shè)計法，進行700℃下半焦氣化的催化劑優(yōu)化設(shè)計，優(yōu)化獲得了最佳的催化劑制備參數(shù)為煅燒溫度728℃、K2CO3負載量25.8％。在此條件下，半焦氣化的碳轉(zhuǎn)化率達到98.25％，氫氣產(chǎn)率高達105.29 mol/kg，反應(yīng)速率為1.36％/min，與模型預(yù)測值一致。氣化溫度對麥秸半焦氣化具有顯著影響，低于

5、700℃時，半焦的碳轉(zhuǎn)化率和氣體產(chǎn)率大幅降低。
　　再次，針對氣化過程中焦油問題，進行生物質(zhì)焦油模化物苯的催化重整試驗研究，采用響應(yīng)面法，考察Ni基催化劑以及復(fù)合型催化劑、催化重整條件對苯催化重整的影響，并對重整過程進行優(yōu)化分析，結(jié)果表明:Ni基催化劑對生物質(zhì)焦油具有優(yōu)異的催化重整特性，催化重整條件床層高度和S/B對苯的催化重整有著顯著的影響，二者對重整主要以一次線性作用為主，交互作用不顯著。利用響應(yīng)面法優(yōu)化，在775℃的重整溫度

6、下， S/B=12、床高3cm時，獲得了苯的碳轉(zhuǎn)化率87.44％，氫氣產(chǎn)率為152.89mol/kg-Ben;復(fù)合型催化劑中K的加入促進了水汽變換反應(yīng)，提高了H2產(chǎn)率;復(fù)合型催化劑長時間運行仍保持較高的催化活性，催化劑表面積碳不明顯。
　　最后，進行生物質(zhì)低溫氣化試驗研究，考察高效催化劑、氣化溫度、生物質(zhì)種類等對氣化過程的影響，結(jié)果顯示:相對于NiAl催化劑，KAl催化劑明顯促進了生物質(zhì)氣化的進行。四種生物質(zhì)中，700℃麥秸氣化的