三段式生物质热解制合成气的基础研究

发布时间：2020-06-21 15:11

【摘要】：为了进一步提高生物质气化过程中裂解焦油催化剂的使用寿命，降低催化剂的使用成本，制备高纯度合成气，论文采用三段式热裂解反应器为气化装置，以Ni/木炭为催化剂，研究了该催化剂的使用寿命，以及各种热裂解条件对气化气组成的影响。该三段式立式热裂解反应器分为上、中和下三段，其中下段用于杉木屑的热解，中段反应炉和上段反应炉分别装木炭催化剂和Ni/木炭催化剂，用于木屑热分解小分子产物解的催化裂解。探讨生物质热裂解反应器的中段和上段裂解温度对杉木屑热裂解产物的影响。采用气相色谱在线分析了气体产物组分含量，研究了不同条件下，Ni/木炭催化剂对气体重整反应的影响。并利用XRD、SEM等技术分析了Ni/木炭催化剂重复使用前后的微观结构变化。结果表明：在杉木屑热裂解过程中，Ni/木炭催化剂上会同时发生炭的沉积和炭的氧化消耗两个过程，且其质量的变化受这两个过程共同的影响，但镍基活性中心上的积炭比载体木炭更难以被氧化消耗。沉积在Ni/木炭上的炭主要是以纳米碳纤维的形式存在。采用三段式生物质热裂解反应器不仅可以显著延长镍/木炭催化剂的使用寿命，而且可以充分利用热解气化过程所产生的副产物固体炭，从而降低生物质热解气化的催化剂使用成本。采用Ni/木炭催化剂作为杉木屑热分解小分子产物的裂解催化剂，可以制备出富含CO和H2的高纯度生物质合成气。裂解温度的升高及催化剂质量的增加都有利于Ni/木炭催化剂催化裂解焦油并重整气体，提高合成气的纯度，裂解温度为900oC时，CH4和CO2重整反应较剧烈，可以明显提高合成气的纯度。在三段式热裂解反应器中，当中段裂解温度不变时，升高上段裂解温度有利于焦油的催化裂解和气体的重整；当上段裂解温度为900oC时，改变中段裂解温度对生物质热裂解产物的影响较小。选择上段裂解温度为900oC、中段裂解温度为700oC等条件，可以较大程度地制得高纯度合成气。
【学位授予单位】：南京林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TK6;TQ426
【图文】：

气相色谱,实验装置,催化剂层,热电偶温度

Fig 2-1 Schematic diagram of the three-stage reactor for biomass pyrolysis and cracking注：1-高纯氮气；2-减压阀；3-转子流量计；4，5，6-热电偶温度显示仪；7-三段式热裂解反应器；8,9催化剂层；10-样品层；11-填料；12，13，14-热电偶；15-弯管；16-直型冷凝管；17，18，19-冰冷凝槽20-干燥管； 21-气相色谱仪； 22-工作控制台。

扫描电镜照片,木炭,热裂解,扫描电镜照片

(d) 在三段式热裂解反应器中 Ni/木炭催化剂重复使用 20 次后的 SEM 图图 2-7 Ni/木炭催化剂及其重复使用 20 次后的扫描电镜照片Figure 2-7 SEM images of Ni/ char catalyst before and after reusing 20 tim2-8 显示了在二段式热裂解反应器和在三段式热裂解反应器中，复使用 20 次后的外观图。由图可知，在二段式热裂解反应器

【参考文献】