论文部分内容阅读
生物质具有资源丰富、可再生以及减缓温室效应、降低SOx、NOx排放等特性，是理想的绿色能源。从降低能耗和调节气体组分角度考虑，生物质低温气化是最具发展前景的技术之一。针对生物质低温气化过程中，半焦转化率低和产物气中焦油含量多的问题，本文分别进行半焦低温催化气化和焦油催化重整的试验研究，重点研究高效催化剂的选择以及气化条件对生物质低温气化的影响。 首先，针对生物质半焦低温催化气化，采用浸渍法制备K2CO3为活性成分，海泡石以及Al2O3为载体的K基催化剂。针对生物质焦油催化重整，浸渍法制备NiO为活性成分，Al2O3为载体的Ni基催化剂;在此基础上，采用机械混合法制备了复合型催化剂。催化剂的XRD分析结果表明，活性成分与载体在煅烧过程中相互作用，形成了新的物相，煅烧温度不同，形成的物相也不尽相同;氮吸附实验结果表明催化剂载体Al2O3和Sep都具有较大的比表面积和有优异的孔结构，煅烧温度是影响催化剂比表面积和孔结构的重要因素，随着煅烧温度的提升，催化剂比表面积下降明显。 其次，针对气化过程中半焦问题，进行生物质半焦低温水蒸气气化试验研究，采用响应面设计法，考察K基催化剂的制备、气化温度等对气化过程的影响，并对气化过程进行优化和分析。结果显示:K2CO3负载量是影响半焦气化反应的重要参数，对气化反应具有极显著的影响;提高催化剂的煅烧温度对气化反应的氢气产率和碳转化率的提升具有显著作用，对反应速率影响不显著;H2/CO、CO2/CO摩尔比随着煅烧温度的增加而增加;而且K2CO3负载量与煅烧温度对氢气产率和碳转化率的交互效应显著，煅烧温度较高时，K2CO3负载量才表现出对H2/CO、CO2/CO摩尔比较大的影响。采用响应面设计法，进行700℃下半焦气化的催化剂优化设计，优化获得了最佳的催化剂制备参数为煅烧温度728℃、K2CO3负载量25.8％。在此条件下，半焦气化的碳转化率达到98.25％，氢气产率高达105.29 mol/kg，反应速率为1.36％/min，与模型预测值一致。气化温度对麦秸半焦气化具有显著影响，低于700℃时，半焦的碳转化率和气体产率大幅降低。 再次，针对气化过程中焦油问题，进行生物质焦油模化物苯的催化重整试验研究，采用响应面法，考察Ni基催化剂以及复合型催化剂、催化重整条件对苯催化重整的影响，并对重整过程进行优化分析，结果表明:Ni基催化剂对生物质焦油具有优异的催化重整特性，催化重整条件床层高度和S/B对苯的催化重整有着显著的影响，二者对重整主要以一次线性作用为主，交互作用不显著。利用响应面法优化，在775℃的重整温度下， S/B=12、床高3cm时，获得了苯的碳转化率87.44％，氢气产率为152.89mol/kg-Ben;复合型催化剂中K的加入促进了水汽变换反应，提高了H2产率;复合型催化剂长时间运行仍保持较高的催化活性，催化剂表面积碳不明显。 最后，进行生物质低温气化试验研究，考察高效催化剂、气化温度、生物质种类等对气化过程的影响，结果显示:相对于NiAl催化剂，KAl催化剂明显促进了生物质气化的进行。四种生物质中，700℃麦秸气化的碳转化率最大，达到88.04％;随着气化温度的降低，生物质气化反应受到抑制，600℃下,KAl催化气化麦秸的碳转化率下降明显，只有65％;灰分中碱金属含量高的生物质表现出更好的碳转化率。