生物質(zhì)水蒸氣催化氣化制備合成氣研究.pdf

1、合成氣(H2+CO)是一種重要的化工原料。隨著我國工業(yè)化進(jìn)程的快速推進(jìn),發(fā)展以可再生清潔能源為原料的合成氣生產(chǎn)工藝是應(yīng)對“資源約束趨緊、環(huán)境污染嚴(yán)重、生態(tài)系統(tǒng)退化的嚴(yán)峻形勢”的必然選擇。生物質(zhì)以其可再生性、低污染性、廣泛分布性被譽(yù)為“取之不盡的資源寶庫”。采用生物質(zhì)制備合成氣工藝可以將節(jié)能治污從消費(fèi)終端前移至產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計階段,能夠使產(chǎn)品在全生命周期中最大限度降低資源能源消耗,減少污染物產(chǎn)生,對實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展具有十分重要的意義。

2、本文以中國典型的木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)——松木鋸末為原料,采用水蒸氣催化氣化技術(shù)制備合成氣,主要研究內(nèi)容及結(jié)果如下:
　　(1)采用TG-MS對生物質(zhì)樣品的熱裂解過程進(jìn)行了定性分析。結(jié)果表明,生物質(zhì)熱解過程中溫度在190℃~400℃以內(nèi),生物質(zhì)劇烈失重?zé)峤?同時伴隨著各種輕質(zhì)組分的大量釋放,當(dāng)溫度T>400℃時,主要析出CO和CO2,并伴有少量的H2O和CH4的釋放。
　　(2)固定床生物質(zhì)水蒸氣催化氣化實驗表明,揮發(fā)分釋放階段

3、氣體釋放行為與生物質(zhì)熱解過程一致,主要產(chǎn)生CO和CO2,并且確定在熱裂解過程中首先析出的為CO2、CO、H2O,其他物質(zhì)次之。半焦氣化階段產(chǎn)生的氣體中H2含量顯著提高,H2/CO值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于揮發(fā)分釋放階段。模擬在線氣體成分分析表明,當(dāng)溫度達(dá)到850℃時,合成氣產(chǎn)量達(dá)到最大值,在兩階段產(chǎn)生的氣體中的體積含量分別達(dá)到46.3％,64.5%。半焦氣化階段H2/CO顯著高于揮發(fā)分釋放階段,對合成氣產(chǎn)量及H2/CO起到?jīng)Q定性作用,可通過合理控制反應(yīng)

4、溫度及停留時間調(diào)控H2/CO,以實現(xiàn)定向制備合成氣。
　　(3)水蒸氣氣氛下熱重特性試驗表明:生物質(zhì)的氣化失重過程可以明顯的分為揮發(fā)分析出階段(221℃~351℃)和半焦氣化階段(740℃~805℃)。兩個階段相對比較“獨(dú)立”,水蒸氣在低溫時對熱裂解反應(yīng)的影響較小。采用Coats-Redfern積分法對2個主要失重階段的動力學(xué)求解表明,兩個階段分別可由二級反應(yīng)動力學(xué)和三維擴(kuò)散Ginstling-Broushtein方程描述,對應(yīng)的

5、表觀活化能分別為87.014kJ/mol和103.35kJ/mol。當(dāng)溫度較低(<700℃)時,水蒸氣對生物質(zhì)氣化過程中揮發(fā)分釋放階段的反應(yīng)機(jī)理和活化能不會造成影響。
　　(4)以CaO為添加劑的熱重實驗表明,CaO的添加能促使熱解過程中焦油的裂解,使生物質(zhì)樣品熱裂解TG曲線向左移動,熱解終溫降低。引入CaO作為添加劑的半焦催化氣化實驗表明,CaO的引入有利于H2的產(chǎn)生,但是當(dāng)溫度超過800℃,或者CaO/C超過0.5時,H2產(chǎn)量