生物质焦油水蒸气重整橄榄石载铁催化剂的研究

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焦油,是指C6和C6以上的可冷凝有机物。气化气中焦油是不可避免的,因为气化通常是在中等温度(700-900℃)下进行的,而在1100℃以上焦油才有可能完全裂解。焦油的存在不仅降低了气化效率,而且在温度低于350℃时开始冷凝,对下游的管道和设备造成腐蚀。焦油的去除方法有很多种,其中催化裂解是一种减少焦油含量和调节气体组成的有效方法。橄榄石是一种镁铁硅酸盐,因为其良好的耐磨性能被广泛应用于流化床。橄榄石不仅能催化裂解焦油,而且具有载氧能力。铁与贵金属和镍基催化剂相比,不仅便宜而且显著的减少了催化剂的污染问题。橄榄石的活性取决于它的铁含量,因此天然橄榄石载铁从经济和环境而言是一种有研究意义的催化剂。本文采用浸渍法制备了Fe2O3/olivine催化剂,以椰壳热解焦油为原料,在固定床中考察了其对焦油的水蒸气重整催化裂解活性。考察了焙烧温度、载铁量、反应温度和液时空速对催化剂活性的影响;与NiO/olivine进行了活性对比,考察了两段式的催化剂装填方式、预还原和助剂Ca、Cu、Co的添加对Fe2O3/olivine活性的影响;在不同水碳比下,研究了橄榄石载铁催化剂的催化产物中碳元素的分布,对Fe2O3/olivine催化剂的活性进行考察。实验结果表明:在焙烧温度900℃,载铁量10%,反应温度800℃,液时空速为0.6h-1的条件下,焦油的最大碳转化率为99%。采用上层铁基下层镍基两段式的催化剂装填方式时,发现催化效果增强,在120min时的H2含量为53.92vo1%,碳转化率为94.8%,充分发挥了铁基催化剂高的碳转化率和稳定性及镍基催化剂高的活性的优势;通过对橄榄石载铁催化剂进行预还原发现,与氧化态的铁相比,H2含量增加,稳定性增强,说明金属态铁的活性要高于氧化态;助剂Ca、Cu、Co的加入,提高了催化剂的活性和稳定性。通过考察在不同水碳比下Fe2O3/olivine对生物质焦油水蒸气催化重整产物中的碳元素分布时发现,当水碳比为2时,焦油的碳转化率最高;催化剂的失重率随反应时间先增大后稳定在2%左右,最大的积碳率为4.45%;反应后新鲜催化剂中的Fe203被还原为Fe304和FeO;对反应后收集到的液体进行GC-MS分析发现,反应后焦油的主要产物是萘,随着水碳比的增加,反应后焦油的芳香化程度减弱。
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