生物質(zhì)催化氣化制取高品質(zhì)工業(yè)氣試驗研究.pdf

1、我國的生物質(zhì)資源豐富,生物質(zhì)資源的開發(fā)利用是緩解我國能源和環(huán)境壓力,建立可持續(xù)發(fā)展能源體系的有效途徑。由可再生的生物質(zhì)資源氣化制取高品質(zhì)工業(yè)燃氣是一種較理想的替代化石燃氣的方案。但由生物質(zhì)制取的工業(yè)燃氣存在熱值低、焦油含量大等缺點,這導(dǎo)致燃氣的品質(zhì)和化石燃氣存在較大差距。如何提高燃氣中高熱值的甲烷和氣態(tài)烴類含量,同時降低燃氣中焦油的含量,是提高生物質(zhì)制取的工業(yè)燃氣品質(zhì)的關(guān)鍵。為實現(xiàn)上述研究目標,在國家“973”項目的支持下,本課題開展了

2、以松木屑為原料,采用催化氣化方式提高燃氣中高熱值的甲烷含量,進而提高燃氣品質(zhì)的研究。首先選用活性白土、SBA-15、La／SBA-15、Fe／La／SBA-15為催化劑,在熱重與傅里葉變換紅外分析儀聯(lián)用(TG-FTIR)上研究在催化劑作用下生物質(zhì)甲烷生成途徑與作用機制,從中篩選出促進甲烷生成的催化劑。在小型固定床試驗裝置上,以活性白土、La／SBA-15、Fe／La／SBA-15為催化劑,水蒸氣為氣化介質(zhì),研究松木屑催化氣化特性,重點考

3、察溫度、水蒸氣量、催化劑等對產(chǎn)物氣組成、產(chǎn)氣率、熱值等影響。
　　 以木質(zhì)素為原料,利用熱重紅外聯(lián)用技術(shù),研究了生物質(zhì)中木質(zhì)素熱解規(guī)律及甲烷的生成機理；以松木屑為原料,選用活性白土、SBA-15、La／SBA-15、Fe／La／SBA-15為催化劑,研究了催化劑作用下松木屑熱解規(guī)律及催化劑對生物質(zhì)甲烷生成的促進機制。結(jié)果表明:木質(zhì)素熱解溫度范圍廣,失重速率峰小而多,纖維素熱解溫度范圍較窄,失重速率峰較大。CO的生成主要由兩部分組

4、成:低溫時通過揮發(fā)分中不穩(wěn)定羰基的斷裂生成,高溫時通過殘余焦炭的二次裂解生成。CO2主要由低溫段纖維素的脫水反應(yīng)和木質(zhì)素中的碳酸基團側(cè)鏈斷裂生成,高溫段的二次反應(yīng)對CO2貢獻不明顯。CH4主要由低溫時甲氧基團裂解和高溫時碳骨架重整炭化生成,生物質(zhì)中的木質(zhì)素含量對CH4生成影響較大。催化熱解TG-FTIR試驗表明,四種催化劑均能不同程度的促進了低溫時甲氧基團裂解生成CH4,當生物質(zhì)與催化劑質(zhì)量比1:5時,La／SBA-15和Fe／La／S

5、BA-15能夠大幅促進甲烷生成,結(jié)果表明,四種催化劑催化生成CH4的活性順序為Fe／La／SBA-15>La／SBA-15>活性白土>SBA-15。
　　 在小型固定床試驗裝置上,以活性白土、La／SBA-15、Fe／La／SBA-15為催化劑,水蒸氣為氣化介質(zhì),研究了溫度、水蒸氣量、催化劑對產(chǎn)物分布、產(chǎn)物氣組成、產(chǎn)氣率、熱值、冷煤氣效率和氣態(tài)烴類產(chǎn)率的影響。結(jié)果表明:利用水蒸氣作為氣化介質(zhì)有利于裂解焦油,生成氣相產(chǎn)物。添加活性

6、白土、La／SBA-15、Fe／La／SBA-15三種催化劑均有利于提高氣相產(chǎn)物比例,降低焦油的含量,其中以活性白土最為明顯。三種催化劑中活性白土促進了產(chǎn)物氣中H2、CO2和CH4的生成,La／SBA-15、Fe／La／SBA-15促進了CO2、CO、CH4的生成。添加活性白土、Fe／La／SBA-15使產(chǎn)氣率得到提高,與非催化相比,在840℃時產(chǎn)氣率分別增加了11％和6.4％。添加La／SBA-15、Fe／La／SBA-15有利于氣體