生物质焦对木屑催化热解的实验研究

发布时间：2020-04-28 10:18

【摘要】：生物质能作为清洁的可再生能源,能够缓解如今化石能源的短缺压力。生物质可通过催化热解过程被转化为清洁的高品质燃气,即高效环保地将生物质中的能量转化。但生物质热解过程中存在着诸多问题,比如热解气中高品质气体含量偏低、热解过程中产生具有粘性和腐蚀性的焦油。在生物质热解过程中,常见的焦油催化剂有天然矿石、镍基催化剂等,但这些催化剂会出现积碳失活的问题,需要及时再生,从而增加了成本,工序也变得复杂。生物质焦是生物质热解的固体副产物,具有多孔性和富碳性,且对焦油有着催化作用。生物质焦源于生物质自身的热解,积碳不再是问题,从原料到催化剂,两者之间的转化可以形成一个良性的循环,在成本和流程上对热解工艺有所优化。本文在生物质热解过程中,采用来源广、无污染的生物质焦作为催化剂,对生物质焦进行了 XRF、XRD、BET比表面积以及热重分析。实验表明生物质焦主要成分为无定形碳,也包含少量石墨晶型碳;生物质焦内部以介孔为主,且有着一个类似墨水瓶的广体细颈结构;生物质焦在760℃后出现断崖式失重,即常压下生物质焦在760℃后出现碳素溶解损失反应,故本论文的实验温度设置为750℃。本文以生物质焦的装填方式和质量为变量,制取更多高品质气体和减少重组分焦油为目,进行了三种方式的生物质催化热解研究。方式一,将生物质焦作为催化床层装填在木屑的下段,开展了对木屑的催化热解实验研究;方式二,将生物质焦与木屑混合,开展了对木屑的原位催化热解实验研究;方式三,将生物质焦与木屑的混合物装填在上段,下段装填生物质焦催化床层,即将方式一与方式二结合,组成联合催化热解,开展了对木屑的联合催化热解实验研究。热解后收集的焦油和气体分别进行了 GC/MS和GC分析,实验表明,三种方式得到的总产气量以及氢气含量中,由小到大依次为方式二、方式一、方式三,氢气含量从1564.0 mL增加到了 3155.7 mL(标准状况),重组分焦油百分含量顺序与之相反,其中重组分焦油百分含量从6.99%减少到1.21%,说明随着催化热解的优化,联合催化热解时可取得优良的效果。
【图文】：

被统称为焦油［３（）］。焦油成分复杂，其中大部分是多环芳香烃化合物，烃类化合物较逡逑少，还含有酸、醇、酮、醛、酯、呋喃和少量含氮的成分，这些物质种类繁多，分逡逑子量分布从十几到上万，形成了含有成千上万有机化合物的综合体［３１＿３２］。图１．３所逡逑示为焦油的成分分析。在生物质热解过程后，所产生的焦油与一些飞灰被气体夹带逡逑到后续的设备流程中，气体遇冷后所夹带的焦油冷凝并与飞灰结合，随后一起粘附逡逑在设备上，从而造成了设备的堵塞，并影响了设备的正常运转；焦油在设备中通过逡逑水蒸气可以进行一定程度的清理，但是这种粘性较强的的油状物随水蒸气一起排放逡逑到而出时，又形成了极恶劣的二次污染，不仅对污染了室外环境，其冷凝下来后得逡逑到的污水又需进行去污处理［３３］。而且，焦油不仅是对设备仪器有着巨大的影响，对逡逑后续的催化剂也有着严重的负面效果，当处于高温条件下时，焦油会进一步发生裂逡逑解

对于焦油的催化裂解，国内外最直观的技术思路有两种，生物质在气化炉中热逡逑解，伴随着焦油的产生，这时，两种思路就是焦油在炉内被催化脱除和焦油被炉外逡逑的催化床层催化转化［４２］。如图１．２，，催化剂的装填方式有两种：第一种属于炉内焦逡逑油脱除，可用于流化床设备，在这种情况下，原料和催化剂在热解反应前就可以放逡逑置在一起并混合均匀，随后炉内将进行生物质原位催化裂解，其中原料和催化剂的逡逑．混合分为机械混合和浸溃法；第二种属于炉外催化转化，通常被用作在固定床反应逡逑器中，随着催化剂和反应物料分离，反应过程可以分为多阶段，在下游反应炉中将逡逑９逡逑
【学位授予单位】：华中师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TK6

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本文编号：2643345