炭基催化剂原位催化裂解生活垃气化焦油的实验研究
发布时间：2021-09-25 10:32
气化技术的出现,为生活垃圾无害化资源化处理应用提供了技术支持,但由于设计工况、运行参数等限制,造成气化过程中副产物焦油的产生,焦油的出现极大限制了此技术的广泛利用。因此选取合适的焦油脱除方法是生活垃圾高效资源化利用的关键。生物炭作为生物质废弃物热解气化后的产物之一,因其低廉的价格,丰富的孔隙结构以及良好的催化性能而成为了一种颇具潜力的催化剂。本文利用三段水平式气化炉进行炭基催化剂原位催化裂解生活垃圾气化焦油的实验研究,考察了气化运行参数以及炭基催化剂负载金属种类、浓度等对焦油裂解性能的影响。在焦油原位非催化裂解实验中,反应温度作为影响焦油裂解的主要因素之一,在焦油三相裂解产物的分布上表现的尤为突出,随着反应温度的升高,焦油裂解产物中炭黑固体成分占比增大;当水蒸气浓度为6%时焦油裂解率达到最佳,当水蒸气浓度为12%时焦油裂解产气率最高。生物炭作为炭基催化剂的载体,其活化性能的高低决定着炭基催化剂对焦油裂解能力的水平。制炭温度作为影响生物炭活性的重要因素之一,在500℃制炭温度下得到的生物炭孔隙最为丰富,比表面积最大。经CO2活化后生物炭孔隙结构更丰富,更多的碱土金属...
【文章来源】：浙江工业大学浙江省
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
009-2018我国城市生活垃圾年清运量（数据来源：住建部统计年鉴）
炭基催化剂原位催化裂解生活垃圾气化焦油的实验研究31.2生活垃圾气化及焦油产生1.2.1生活垃圾气化技术生活垃圾气化同时是一门热化学转化技术，具体指通过部分氧化途径将含碳的固体燃料转化为具有相当热值的气体产物的过程，气化过程是由一系列连续的放热和吸热过程组成，由发生的先后顺序具体可分为四个阶段：干燥（Dry）、热解（Pyrolysis）、燃烧（Combustion）、还原（Reduction），如图1-2所示[7-9]。气化剂的选择对产生的合成气热值的高低影响很大，常用的气化剂（GasifyingAgent）有Air、CO2、O2和水蒸气，当分别采用水蒸气、Air和O2作为气化剂时，相同条件下选用O2作为气化剂时其气体热值最高，为12~28MJ/Nm3，水蒸气和Air次之，为10~18MJ/Nm3，4~7MJ/Nm3[10]。图1-2生活垃圾气化主要步骤Figure1-2.Themainstepsofmunicipalsolidwastegasification生活垃圾的气化过程由上面的综述介绍知道包含了诸多错综复杂的反应，但总体而言，可将气化原理科学的简化为H2、CO、固定碳、CO2、甲烷和水蒸气之间的相互反应，主要的反应化学式如下[11,12]：氧化反应：C+1/2O2→CO-111kJ/mol(1-1)CO+1/2O2→CO2-283kJ/mol(1-2)C+O2→CO2-394kJ/mol(1-3)H2+1/2O2→H2O-242kJ/mol(1-4)布杜阿尔反应：C+CO22CO+172kJ/mol(1-5)水煤气反应：C+H2OCO+H2+131kJ/mol(1-6)甲烷化反应：C+2H2CH4-75kJ/mol(1-7)CO+H21/2CH4+1/2CO2-247kJ/mol(1-8)水煤气变换反应：CO+H2OCO2+H2-41kJ/mol(1-9)
炭基催化剂原位催化裂解生活垃圾气化焦油的实验研究5会议上对焦油的分类，归纳出了两种分类方法：分别是根据焦油生成条件分类，第二是根据焦油分子量大小分类[15]。最新关于焦油的研究T.A.Milne等人[17]根据气化炉内产物产生的不同温度条件，焦油被分为四类，按温度从高到低典型的代表组分：（1）缩合三级焦油（Condensedtertiary）；（2）烷基三级焦油（Alkyltertiary）；（3）二级焦油（Secondary）；（4）初级焦油（Primary）。图1-3四类焦油相对比例随温度变化曲线[17]Figure1-3.Relativerelativeratiooffourtypesoftarwithtemperaturecurve[17]图1-3为总结出的四类焦油相对比例随温度变化曲线如上四类焦油所述，初级焦油产生的时间最早，在800℃左右分解完，或者转化为二类或者三类、四类焦油。二级焦油与产生在一级焦油浓度最浓的时候，大概在1000℃左右分解结束。三级焦油占比较校四级焦油在温度大于800℃时形成，可能是一、二和三级焦油断键成环形成多环芳香烃。一些研究学者根据焦油分子量的大小将焦油分为五类，按分子量从大到小：（1）重质多环芳烃（4~7环）；（2）轻质多环芳烃（2~3环）；（3）轻质芳香烃（单环）；（4）杂环芳烃；（5）GC无法检测到的有机成分[13,14,19]。不同分子量的焦油，其露点也各不相同如图1-4所示，同时焦油的露点是其在设备中脱除的关键指数，总所周知，当设备内温度低于露点时气态的焦油会冷凝为液体。气化炉的类型对合成气中焦油的浓度也有一定的影响，当炉型为流化床时，在空气气氛下，炉内的焦油含量约为10g/Nm3，其他炉型，焦油含量0.5到100g/Nm3不等[20]。郑皎等[21]对浙江省某地25t/d容量的生活垃圾气化炉进行了实时检测分析，通过分析得到原生垃圾在实际工况下气化结果如下
本文编号：3409562
【文章来源】：浙江工业大学浙江省
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
009-2018我国城市生活垃圾年清运量（数据来源：住建部统计年鉴）
炭基催化剂原位催化裂解生活垃圾气化焦油的实验研究31.2生活垃圾气化及焦油产生1.2.1生活垃圾气化技术生活垃圾气化同时是一门热化学转化技术，具体指通过部分氧化途径将含碳的固体燃料转化为具有相当热值的气体产物的过程，气化过程是由一系列连续的放热和吸热过程组成，由发生的先后顺序具体可分为四个阶段：干燥（Dry）、热解（Pyrolysis）、燃烧（Combustion）、还原（Reduction），如图1-2所示[7-9]。气化剂的选择对产生的合成气热值的高低影响很大，常用的气化剂（GasifyingAgent）有Air、CO2、O2和水蒸气，当分别采用水蒸气、Air和O2作为气化剂时，相同条件下选用O2作为气化剂时其气体热值最高，为12~28MJ/Nm3，水蒸气和Air次之，为10~18MJ/Nm3，4~7MJ/Nm3[10]。图1-2生活垃圾气化主要步骤Figure1-2.Themainstepsofmunicipalsolidwastegasification生活垃圾的气化过程由上面的综述介绍知道包含了诸多错综复杂的反应，但总体而言，可将气化原理科学的简化为H2、CO、固定碳、CO2、甲烷和水蒸气之间的相互反应，主要的反应化学式如下[11,12]：氧化反应：C+1/2O2→CO-111kJ/mol(1-1)CO+1/2O2→CO2-283kJ/mol(1-2)C+O2→CO2-394kJ/mol(1-3)H2+1/2O2→H2O-242kJ/mol(1-4)布杜阿尔反应：C+CO22CO+172kJ/mol(1-5)水煤气反应：C+H2OCO+H2+131kJ/mol(1-6)甲烷化反应：C+2H2CH4-75kJ/mol(1-7)CO+H21/2CH4+1/2CO2-247kJ/mol(1-8)水煤气变换反应：CO+H2OCO2+H2-41kJ/mol(1-9)
炭基催化剂原位催化裂解生活垃圾气化焦油的实验研究5会议上对焦油的分类，归纳出了两种分类方法：分别是根据焦油生成条件分类，第二是根据焦油分子量大小分类[15]。最新关于焦油的研究T.A.Milne等人[17]根据气化炉内产物产生的不同温度条件，焦油被分为四类，按温度从高到低典型的代表组分：（1）缩合三级焦油（Condensedtertiary）；（2）烷基三级焦油（Alkyltertiary）；（3）二级焦油（Secondary）；（4）初级焦油（Primary）。图1-3四类焦油相对比例随温度变化曲线[17]Figure1-3.Relativerelativeratiooffourtypesoftarwithtemperaturecurve[17]图1-3为总结出的四类焦油相对比例随温度变化曲线如上四类焦油所述，初级焦油产生的时间最早，在800℃左右分解完，或者转化为二类或者三类、四类焦油。二级焦油与产生在一级焦油浓度最浓的时候，大概在1000℃左右分解结束。三级焦油占比较校四级焦油在温度大于800℃时形成，可能是一、二和三级焦油断键成环形成多环芳香烃。一些研究学者根据焦油分子量的大小将焦油分为五类，按分子量从大到小：（1）重质多环芳烃（4~7环）；（2）轻质多环芳烃（2~3环）；（3）轻质芳香烃（单环）；（4）杂环芳烃；（5）GC无法检测到的有机成分[13,14,19]。不同分子量的焦油，其露点也各不相同如图1-4所示，同时焦油的露点是其在设备中脱除的关键指数，总所周知，当设备内温度低于露点时气态的焦油会冷凝为液体。气化炉的类型对合成气中焦油的浓度也有一定的影响，当炉型为流化床时，在空气气氛下，炉内的焦油含量约为10g/Nm3，其他炉型，焦油含量0.5到100g/Nm3不等[20]。郑皎等[21]对浙江省某地25t/d容量的生活垃圾气化炉进行了实时检测分析，通过分析得到原生垃圾在实际工况下气化结果如下
本文编号：3409562
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