Ni-Zn/玄武岩催化剂松木催化气化实验研究

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在当今这个能源短缺的时代,探索新能源和提高能源利用率是一个热点问题。利用大量且容易获得的林产废弃生物质进行催化气化反应,制取富氢燃气作为清洁燃料使用,是当下广泛研究的热点问题。就本领域国内外的研究进展而言,生物质气化领域主要的研究焦点是寻找高效的气化催化剂,提高气化气的产量以及热值。目前研究中存在的问题主要是:催化剂性能不稳定、易积碳或失活及气化过程产生的焦油难以净化或脱除。如何提高催化剂效率并更高效地进行焦油的脱除是目前生物质气化的研究热点。在此前提下,本文采用水热合成法,以玄武岩纤维作为催化剂载体,Ni、Zn作为催化剂助剂,制备了Ni-Zn/玄武岩复合催化剂,并通过自建的下吸式气化炉实验平台,研究了Ni-Zn/玄武岩复合催化剂在不同Ni、Zn离子负载量、水蒸气与生物质质量比(即气料比,S/B)、气化反应温度等实验条件下对生物质气化气组分的影响,同时还考察了复合催化剂的热稳定性。围绕以上内容,本文主要研究工作如下:(1)采用水热合成法制备工艺,将Ni、Zn离子负载于玄武岩纤维上,制备Ni-Zn/玄武岩复合催化剂,对催化剂进行扫描电镜形貌观察发现ZnO和NiO均可较好地附着在玄武岩纤维表面,NiO在玄武岩纤维表面呈网状分布,而ZnO在玄武岩纤维表面呈颗粒状分布。(2)利用自建的气化实验平台,进行催化剂对松木棒催化气化特性的研究,考察了不同Ni、Zn离子负载量、气料比以及催化气化温度对生物质气化气组分的影响。结果表明催化剂中不同Ni、Zn离子负载量对催化剂的催化活性起到关键性的作用,会对生物质气化的产物与气化气组分产生一定的影响,当镍、锌离子负载量为10%时,制备的玄武岩复合催化剂对气化实验有很好的催化效果;水蒸气加入有利于提高生物质气化气的产氢率,降低了气化气中碳氢气体的含量,气化实验研究在气料比为1的条件下进行时,有利于富氢气体的合成。(3)玄武岩作为催化剂载体,Ni离子的加入,使得催化剂对碳氢化合物呈现出了较好的催化效果,随着气化温度的提高,H2的体积分数从750℃时的27.55%升高至950℃时的40.12%;Zn离子负载于玄武岩载体表面后形成大量的ZnO,Zn负载后的催化剂可以有效地降低焦油的腐蚀性,降低焦油中酚类和酸类的产物产量,具有较强的脱氧能力,随着气化温度的提高,H2的体积分数由750℃时的23.55%升高至950℃时的36.74%,但是相较于Ni负载后的玄武岩催化效果较弱。(4)通过将生物质气化反应前后的催化剂样品进行扫描电镜对比观察,镍、锌离子负载量为10%时,NiO和ZnO在玄武岩纤维表面大量附着,并且附着层均匀完整,为玄武岩复合催化剂的最佳负载量;经过高温气化环境反应后负载在玄武岩纤维骨架表面的NiO、ZnO在气化实验过后依然可以较好地保持原有形态,但有部分负载层剥落,对催化剂的再生和重复使用造成不利影响。
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