生物质炭中不同金属元素对生物质气固同步转化的催化作用研究

发布时间：2017-09-13 10:10

  本文关键词：生物质炭中不同金属元素对生物质气固同步转化的催化作用研究

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【摘要】：基于生物质一体化制氢工艺过程中的热解气和生物质炭的气固同步气化过程,本文主要研究生物质炭中不同金属元素(K、Ca、Mg、Fe、Zn和A1)对生物质炭催化反应性能的影响。在固定床反应器中研究生物质炭对生物质热解气模拟物催化转化的影响。研究表明生物质炭的存在使热解气的碳转化率从68.46%增加到86.88%,潜在氢气产率从42.16%增加到82.76%。生物质炭不同金属元素的催化活性顺序为KCaMgFeZnAl, AAEM(K、Ca和Mg)元素主导催化反应,且K元素催化效果最为明显。同时温度和水油比的增加利于碳转化率和潜在氢气产率的增加。研究了不同金属元素对生物质炭自催化气化反应的影响。不同金属元素促进生物质炭的自催化活性顺序为KCaMgZnFeAl,并且AAEM和Fe促进水汽变换反应,Al抑制水汽变换反应。温度和水蒸气流量的增加都利于生物质炭自催化气化反应的进行。当反应温度为900℃和水蒸气流量为20g/h条件下,生物质炭气化反应在40 min时碳转化率达到90%,而去矿生物质炭则需要115 min。研究不同金属元素对生物质炭和生物质热解气(生物油)同步催化转化过程的影响。生物质炭中金属元素的存在使生物质炭和生物油同步转化的潜在氢气(H2+CO)产量从45.70 mmol/g bio-oil增加到82.19 mmol/g bio-oil,并将焦油产量从24.88 mg/g bio-oil降到13.84 mg/g bio-oil。不同金属元素同步转化生物质炭和生物油的效率分别为KCaMgFeZnAl,且K的添加使潜在氢气产量为143.50 mmol/g bio-oil,焦油产量为4.96 mg/g bio-oil。添加的AAEM(K、Ca和Mg)和添加的Ni具有同样的催化转化生物油效果。AAEM具有很好的促进水汽变换反应和甲烷重整反应能力,并且有助于消除团聚炭黑。Al能够降低生物质炭催化重整生物油活性,造成团聚炭黑的形成,不利于催化反应。900℃高温条件下,萘是反应焦油中主要成分,并具有强烈的热稳定性。Fe容易因结焦和烧结失活。
【关键词】：生物质炭 气固同步气化 催化剂 生物油
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ116.2;O643.36
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 选题背景和意义9-11
• 第二章 文献综述11-25
• 2.1 生物质11
• 2.2 生物质气化制取氢气11-18
• 2.2.1 气化炉类型的影响12
• 2.2.2 气化剂的影响12-13
• 2.2.3 生物质原料的影响13-14
• 2.2.4 生物质颗粒大小的影响14
• 2.2.5 床层材料的影响14-16
• 2.2.6 温度的影响16-17
• 2.2.7 水质比的影响17-18
• 2.3 生物油重整制取氢气18-23
• 2.3.1 生物油的产生和性能18-19
• 2.3.2 生物油蒸汽重整催化剂19-23
• 2.3.2.1 镍基催化剂19-20
• 2.3.2.2 贵金属催化剂20-21
• 2.3.2.3 非镍基过渡金属催化剂21
• 2.3.2.4 炭基催化剂21-23
• 2.4 本课题研究主要内容23-25
• 第三章 生物质炭中不同金属元素对生物质热解气催化转化影响25-40
• 3.1 引言25-26
• 3.2 实验内容26-32
• 3.2.1 实验装置与步骤26-27
• 3.2.2 生物质炭的制备27-28
• 3.2.3 分析测试28-31
• 3.2.4 数据分析31-32
• 3.3 结果与讨论32-39
• 3.3.1 不同固体基质下热解气催化转化行为32-33
• 3.3.2 生物质炭中不同金属元素的催化活性研究33-35
• 3.3.3 反应温度对热解气催化转化的影响35-37
• 3.3.4 水气比对热解气催化转化的影响37-39
• 3.4 小结39-40
• 第四章 生物质炭的自催化研究40-54
• 4.1 引言40
• 4.2 实验部分40-41
• 4.2.1 实验装置与步骤40
• 4.2.2 生物质炭的制备40
• 4.2.3 分析测试40-41
• 4.2.4 数据分析41
• 4.3 结果与讨论41-53
• 4.3.1 生物质炭中金属元素对生物质炭气化的影响41-45
• 4.3.2 不同金属元素对生物质炭气化反应的影响45-48
• 4.3.3 温度对气化反应的影响48-51
• 4.3.4 水蒸汽流量对生物质炭气化反应的影响51-53
• 4.4 小结53-54
• 第五章 生物质炭同步催化转化生物油54-69
• 5.1 引言54
• 5.2 实验内容54-56
• 5.2.1 实验原料和催化剂54
• 5.2.2 实验装置与步骤54-55
• 5.2.3 分析测试55
• 5.2.4 数据处理55-56
• 5.3 结果与讨论56-68
• 5.3.1 生物油成分分析56-58
• 5.3.2 不同固体基质催化重整生物油58-63
• 5.3.3 不同金属元素浸渍的生物质炭催化重整生物油63-68
• 5.4 小结68-69
• 第六章 结论69-70
• 参考文献70-80
• 致谢80-81
• 在校期间发表的论文81

【参考文献】

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1 杨景标;蔡宁生;李振山;;几种金属催化褐煤焦水蒸气气化的实验研究[J];中国电机工程学报;2007年26期

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本文编号：843080