生物質低溫催化氣化試驗研究.pdf

1、生物質具有資源豐富、可再生以及減緩溫室效應、降低SOx、NOx排放等特性，是理想的綠色能源。從降低能耗和調節(jié)氣體組分角度考慮，生物質低溫氣化是最具發(fā)展前景的技術之一。針對生物質低溫氣化過程中，半焦轉化率低和產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低溫氣化的影響。
　　首先，針對生物質半焦低溫催化氣化，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;在此基礎上，采用機械混合法制備了復合型催化劑。催化劑的XRD分析結果表明，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)異的孔結構，煅燒溫度是影響催化劑比表面積和孔結構的重要因素，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，進行生物質半焦低溫水蒸氣氣化試驗研究，采用響應面設計法，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。結果顯示:K2CO3負載量是影響半焦氣化反應的重要參數(shù)，對氣化反應具有極顯著的影響;提高催化劑的煅燒溫度對氣化反應的氫氣產率和碳轉化率的提升具有顯著作用，對反應速率影響不顯著;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、煅燒溫度對氫氣產率和碳轉化率的交互效應顯著，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。采用響應面設計法，進行700℃下半焦氣化的催化劑優(yōu)化設計，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，半焦氣化的碳轉化率達到98.25％，氫氣產率高達105.29 mol/kg，反應速率為1.36％/min，與模型預測值一致。氣化溫度對麥秸半焦氣化具有顯著影響，低于

5、700℃時，半焦的碳轉化率和氣體產率大幅降低。
　　再次，針對氣化過程中焦油問題，進行生物質焦油模化物苯的催化重整試驗研究，采用響應面法，考察Ni基催化劑以及復合型催化劑、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，結果表明:Ni基催化劑對生物質焦油具有優(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，獲得了苯的碳轉化率87.44％，氫氣產率為152.89mol/kg-Ben;復合型催化劑中K的加入促進了水汽變換反應，提高了H2產率;復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，進行生物質低溫氣化試驗研究，考察高效催化劑、氣化溫度、生物質種類等對氣化過程的影響，結果顯示:相對于NiAl催化劑，KAl催化劑明顯促進了生物質氣化的進行。四種生物質中，700℃麥秸氣化的