生物質(zhì)催化氣化制取高品質(zhì)工業(yè)氣試驗(yàn)研究.pdf

1、我國(guó)的生物質(zhì)資源豐富,生物質(zhì)資源的開(kāi)發(fā)利用是緩解我國(guó)能源和環(huán)境壓力,建立可持續(xù)發(fā)展能源體系的有效途徑。由可再生的生物質(zhì)資源氣化制取高品質(zhì)工業(yè)燃?xì)馐且环N較理想的替代化石燃?xì)獾姆桨?。但由生物質(zhì)制取的工業(yè)燃?xì)獯嬖跓嶂档?、焦油含量大等缺點(diǎn),這導(dǎo)致燃?xì)獾钠焚|(zhì)和化石燃?xì)獯嬖谳^大差距。如何提高燃?xì)庵懈邿嶂档募淄楹蜌鈶B(tài)烴類(lèi)含量,同時(shí)降低燃?xì)庵薪褂偷暮?是提高生物質(zhì)制取的工業(yè)燃?xì)馄焚|(zhì)的關(guān)鍵。為實(shí)現(xiàn)上述研究目標(biāo),在國(guó)家“973”項(xiàng)目的支持下,本課題開(kāi)展了

2、以松木屑為原料,采用催化氣化方式提高燃?xì)庵懈邿嶂档募淄楹?進(jìn)而提高燃?xì)馄焚|(zhì)的研究。首先選用活性白土、SBA-15、La／SBA-15、Fe／La／SBA-15為催化劑,在熱重與傅里葉變換紅外分析儀聯(lián)用(TG-FTIR)上研究在催化劑作用下生物質(zhì)甲烷生成途徑與作用機(jī)制,從中篩選出促進(jìn)甲烷生成的催化劑。在小型固定床試驗(yàn)裝置上,以活性白土、La／SBA-15、Fe／La／SBA-15為催化劑,水蒸氣為氣化介質(zhì),研究松木屑催化氣化特性,重點(diǎn)考

3、察溫度、水蒸氣量、催化劑等對(duì)產(chǎn)物氣組成、產(chǎn)氣率、熱值等影響。
　　 以木質(zhì)素為原料,利用熱重紅外聯(lián)用技術(shù),研究了生物質(zhì)中木質(zhì)素?zé)峤庖?guī)律及甲烷的生成機(jī)理；以松木屑為原料,選用活性白土、SBA-15、La／SBA-15、Fe／La／SBA-15為催化劑,研究了催化劑作用下松木屑熱解規(guī)律及催化劑對(duì)生物質(zhì)甲烷生成的促進(jìn)機(jī)制。結(jié)果表明:木質(zhì)素?zé)峤鉁囟确秶鷱V,失重速率峰小而多,纖維素?zé)峤鉁囟确秶^窄,失重速率峰較大。CO的生成主要由兩部分組

4、成:低溫時(shí)通過(guò)揮發(fā)分中不穩(wěn)定羰基的斷裂生成,高溫時(shí)通過(guò)殘余焦炭的二次裂解生成。CO2主要由低溫段纖維素的脫水反應(yīng)和木質(zhì)素中的碳酸基團(tuán)側(cè)鏈斷裂生成,高溫段的二次反應(yīng)對(duì)CO2貢獻(xiàn)不明顯。CH4主要由低溫時(shí)甲氧基團(tuán)裂解和高溫時(shí)碳骨架重整炭化生成,生物質(zhì)中的木質(zhì)素含量對(duì)CH4生成影響較大。催化熱解TG-FTIR試驗(yàn)表明,四種催化劑均能不同程度的促進(jìn)了低溫時(shí)甲氧基團(tuán)裂解生成CH4,當(dāng)生物質(zhì)與催化劑質(zhì)量比1:5時(shí),La／SBA-15和Fe／La／S

5、BA-15能夠大幅促進(jìn)甲烷生成,結(jié)果表明,四種催化劑催化生成CH4的活性順序?yàn)镕e／La／SBA-15>La／SBA-15>活性白土>SBA-15。
　　 在小型固定床試驗(yàn)裝置上,以活性白土、La／SBA-15、Fe／La／SBA-15為催化劑,水蒸氣為氣化介質(zhì),研究了溫度、水蒸氣量、催化劑對(duì)產(chǎn)物分布、產(chǎn)物氣組成、產(chǎn)氣率、熱值、冷煤氣效率和氣態(tài)烴類(lèi)產(chǎn)率的影響。結(jié)果表明:利用水蒸氣作為氣化介質(zhì)有利于裂解焦油,生成氣相產(chǎn)物。添加活性

6、白土、La／SBA-15、Fe／La／SBA-15三種催化劑均有利于提高氣相產(chǎn)物比例,降低焦油的含量,其中以活性白土最為明顯。三種催化劑中活性白土促進(jìn)了產(chǎn)物氣中H2、CO2和CH4的生成,La／SBA-15、Fe／La／SBA-15促進(jìn)了CO2、CO、CH4的生成。添加活性白土、Fe／La／SBA-15使產(chǎn)氣率得到提高,與非催化相比,在840℃時(shí)產(chǎn)氣率分別增加了11％和6.4％。添加La／SBA-15、Fe／La／SBA-15有利于氣體