基于生物質(zhì)催化熱裂解的炭活化及利用研究.pdf

1、生物質(zhì)能因其清潔、可再生、資源量巨大，近年來(lái)其開(kāi)發(fā)利用得到了越來(lái)越多的重視。生物質(zhì)快速熱裂解技術(shù)以最大化生物油產(chǎn)量為目的，但是得到的生物油也存在如氧含量較高、穩(wěn)定性差、酸性較強(qiáng)等品質(zhì)較差的問(wèn)題。而使用分子篩催化劑對(duì)生物質(zhì)進(jìn)行催化熱裂解可以將含氧化合物通過(guò)脫氧和脫水的過(guò)程轉(zhuǎn)變成烴類，從而提高生物油的品質(zhì)。在眾多的分子篩催化劑中，ZSM-5的作用比較顯著。但是在ZSM-5對(duì)生物質(zhì)快速熱裂解的固體產(chǎn)物-熱解炭的影響方面目前尚缺乏深入的了解與研

2、究，而且生物質(zhì)催化熱解產(chǎn)物中15-25wt％的焦炭也沒(méi)有得到有效的利用。基于此，本文依托相關(guān)基金，研究了ZSM-5對(duì)流化床中生物質(zhì)快速熱裂解焦炭結(jié)構(gòu)和性能的影響，并對(duì)催化熱解炭進(jìn)行了一些探索性的應(yīng)用研究。
　　 首先在流化床生物質(zhì)快速熱裂解裝置中制取了以石英砂和ZSM-5為床料的熱解炭和催化熱解炭。對(duì)這兩種炭進(jìn)行了一系列的表征，包括元素分析和工業(yè)分析、SEM分析、氮吸附分析、XRD分析、FTIR分析。結(jié)果表明，催化劑的存在能夠促

3、進(jìn)生物質(zhì)熱裂解反應(yīng)的進(jìn)行。較之熱解炭，催化熱解炭的揮發(fā)分含量較低，碳元素、固定碳和灰分含量較高。同時(shí)無(wú)定形排列的碳結(jié)構(gòu)和未完全熱解的有機(jī)物較少。兩種熱解炭均有一定的孔結(jié)構(gòu)，且都為中孔，比表面積較小。
　　 然后在管式爐氮?dú)獗Ｗo(hù)下，對(duì)熱解炭和催化熱解炭進(jìn)行了化學(xué)活化(KOH)的研究，探索了活化溫度對(duì)這兩種炭活化產(chǎn)率及其結(jié)構(gòu)和性能的影響。隨著活化溫度的升高，兩種炭的活化產(chǎn)率都逐漸降低，揮發(fā)分含量也逐漸降低而固定碳和元素碳的含量逐漸增

4、加。同時(shí)無(wú)定形炭結(jié)構(gòu)和表面官能團(tuán)逐漸降低，石墨化結(jié)構(gòu)越來(lái)越明顯。同樣條件下，與熱解炭相比，催化熱解炭的活化產(chǎn)率較高，但是活化之后的比表面積較小。熱解炭和催化熱解炭在700℃活化之后的比表面積分別達(dá)到了1101m2/g和733.6m2/g，達(dá)到了商用活性炭的標(biāo)準(zhǔn)。
　　 最后在固定床反應(yīng)器上開(kāi)展了熱解炭、催化熱解炭以及活化之后兩種炭的水蒸氣氣化實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在相同的氣化溫度下，熱解炭水蒸氣氣化的轉(zhuǎn)化率比催化熱解炭的轉(zhuǎn)化率高。兩種

5、炭水蒸氣氣化產(chǎn)生的氣體種類一樣，但是氣體濃度有所差異。隨著氣化溫度的升高，熱解炭和催化熱解炭產(chǎn)生的氣體總量和氫氣量都逐漸增加。在氣化溫度為800℃時(shí)，熱解炭和催化熱解炭水蒸氣氣化產(chǎn)生的氫氣濃度分別達(dá)到了83％和88％。同時(shí)對(duì)活化之后的熱解炭和催化熱解炭在800℃條件下的水蒸氣氣化行為進(jìn)行了比較。發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)活化之后的熱解炭和催化熱解炭水蒸氣氣化的轉(zhuǎn)化率都有所降低。且活化溫度越高，氣化轉(zhuǎn)化率越低。同時(shí)發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)活化之后的氣體中碳?xì)浠衔锏暮拷?/p>