淀粉类厨余烘焙耦合催化气化的实验研究

发布时间：2020-05-10 12:28

【摘要】：生物质的催化气化作为生物质能源化利用的新一代气化技术,具有很高的能源应用价值和发展前景。研究表明,烘焙可以减少生物质在催化气化过程中焦油的形成,因而可以减少镍基催化剂表面上积碳的形成。淀粉类厨余的成分与生物质类似,故此对淀粉类厨余先进行烘焙预处理再进行催化气化,不仅能够减少积碳的形成,还能进一步提高合成气的质量。本文主要对原样进行烘焙预处理后再进行催化气化,研究烘焙温度及催化剂对产气特性的影响。首先,在固定床系统上研究水蒸气气氛方式下淀粉类厨余原样及不同温度的烘焙样的气化特性,分别比较不同气化温度和不同烘焙温度对气化的影响。重点研究烘焙温度对气化的影响,研究烘焙温度对原样结构的细微改变,同时对反应的总碳平衡进行了计算。结果表明,剩米饭的最佳预处理烘焙温度为240℃,此温度下,烘焙能够降低样品的O/C比和水分,而不会导致样品的碳化和平面外芳香族的C-H键的断裂。烘焙温度的提高会一定程度上提高氢气产量是因为烘焙使得焦样中的碱金属K的含量的提高和碳的富集。提高气化温度很大程度上提高了样品的冷煤气效率,这是因为提高气化温度,焦油的裂解更加充分,焦炭的气化反应和水汽重整反应更加完全。相比于Ni/Al_2O_3催化剂,Ni/SiO_2催化剂中镍与载体形成的有助于提高催化活性的交联结构在催化活性方面有更大的提升空间。Ni/SiO_2催化剂的最佳添加比例为30%。其次,研究了水蒸气气氛方式下不同烘焙样品在Ni/SiO_2催化剂催化下的产气特性。重点研究催化剂对气态产物分布的影响,此外,对催化剂进行孔结构特性(BET)、程序升温还原(TPR)、透射电子显微镜(TEM)和X射线光电子能谱仪(XPS)的表征和分析,探究了助剂Ce和Co对提升催化剂的催化性能的机理。结果表明,催化剂的加入促进了焦油和H_2O的焦油重整反应,从而转化成更多的H_2和CO_2。在Ni/SiO_2催化剂掺杂Co,仅对原样RI催化气化中H_2产量才会进一步提高。在Ni/SiO_2催化剂掺杂Ce,对于所有样品的催化气化中H_2产量都会进一步提高,Ce均能起到进一步提高Ni/SiO_2催化剂的催化作用。掺杂Co改性的镍基催化剂仅能一定程度上改善Ni的分散,对Ni的还原影响不大;Ce的存在一方面能够改善Ni的分散性,另一方面能提高催化剂的可还原性,这是因为Ce提高了催化剂的抗积碳能力和Ni2p_(3/2)g轨道上电子的活跃度。在Ce-Ni/SiO_2对260℃烘焙样品的气化实验中,厨余垃圾的烘焙加催化气化的耦合效果最高,对H_2的定向增幅可达199.3%。
【图文】：

煤炭,石油,天然气,可再生能源

源背景源与环境概况石能源的不断开发和利用使得人类生活质量不断提高，与此同时全球人口使得人类的能源消费大幅度提高。根据《2018年BP世界能源统计年鉴》[1]报全球一次能源消费强劲增长，主要由天然气和可再生能源引领，煤炭在能比例呈现持续下降的趋势。但中国仍是世界上一次能源消费第一大国，能全球能源消费总量的23%。图1-1为1992~2017年全球对煤炭、石油、天然气源、水电及核电的消费量。2017年煤炭占全球一次能源消费总量的比重下为2004年来的最低水平；而可再生能源在全球一次能源消费中的比例上可再生能源在发电结构中的占比从7.4%提高至8.4%，高于近十年平均值。

现状,反应方程,焦炭,水蒸气

形成聚合度高的碳化产物-焦炭。焦炭与水的反应（反应方开始进行，，当温度大于 850℃时反应尤其剧烈。焦炭也会与热解H2反应分别生成 CO2和 CH4。当温度高于 640℃时，焦油会与水应方程（7）），或者自身发生裂解反应（反应方程（6））。水蒸气也应（反应方程（5）），CO 与 H2会发生甲烷化反应（反应方程（4应。生物质的整个反应转化（裂解+气化）系统是一个吸热反应，不断供给来维持这些反应的发生。由反应方程（1）可见，水蒸气合成气中的 CO 和 H2 的含量，并且减少焦炭的含量；由反应方程化能够将焦油转化成气体产物。综合比较可知，水蒸气气化能够量，提高合成气的质量和产率。术应用现状与工艺国生物质气化技术的应用现状[29]如下：
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X799.3;O643.36

【相似文献】