生物质秸秆气合成甲醇工艺研究

摘要

近年来,由于大量使用化石燃料,严重污染环境.而且由于化石燃料匮乏,寻找一种新的、可再生的、无污染的能源是件迫在眉捷的事情.生物质作为高效和廉价的太阳能浓缩储存方式,利用当今世界高科技的成果,可使其转变为高品质能源—燃料甲醇.所以不论从农村能源开发,还是从环境保护出发,研究生物质能源的转变都是一项迫在眉睫的重大课题.同时,在中国开展生物质的综合利用有着十分重要的社会、经济效益.在对气化过程中的气化炉进行选择时,考虑到循环流化床气化反应器可以制出优质的秸秆气.但设备投资大,生产成本高,不适合中国国情.该论文采用已经在国内推广应用的XFF-1000型下吸式固定床气化炉气化.对玉米秸秆发热量以及秸秆气成份做定量分析,结果表明,秸秆气中氢气大约12.60﹪,而一氧化碳、二氧化碳含量大约为:15.80﹪、12.50﹪,氢碳比不能得到化学反应的需求.还含有55.00﹪氮气和1.4﹪的甲烷,对合成反应来说是惰性气体,对反应不利.可以采用变压吸附的方法(除掉大量的氮气)和变换、脱碳的方法来调节氢碳比.该实验采用配氢的方法来调节氢碳比.同时秸秆气中还含有少量的焦油、硫化物、氧气等物质可以造成合成反应的铜基催化剂失活.因此,该文对秸秆气进行脱硫、脱氧、除焦等实验研究.最后得到优质的秸秆合成气.以直流流动等温积分反应器为实验装置,对秸秆气催化合成燃料甲醇技术进行实验研究.研究了空速、压力、温度等对秸秆气合成甲醇的影响.使用C301、C302、NC306铜基催化剂,通过实验优选出合适的催化剂,结果表明,C301铜基催化剂是比较合适的催化剂.然后通过正交实验和单因素实验,对秸秆气催化合成燃料甲醇工艺进行实验研究,得出较合适的工艺参数为:质量空速8000 L·kgcat<'-1>·h<'-1>、压力5.0MPa、温度235℃.该文对铜基催化剂失活做了初步研究.测定了催化剂的比表面积、X-Ray等.发现使用后催化剂比表面积比使用前降低较多,最高可降低55.0﹪.比表面积降低引起催化剂活性降低.另外,使用后铜晶粒长大也引起催化剂活性降低.催化剂失活的原因:一是高温下秸秆气中含有的少量焦油析炭引起的;二是秸秆气中含有少量的氧气,在高温、高压下可以把催化剂烧结.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1生物质能源转变方式

1.1.1生物质物理转变

1.1.2生物质化学转变

1.1.3生物质生物转变

1.2生物质合成甲醇国内外研究现状

1.2.1国外研究现状

1.2.2国内研究现状

1.3存在问题

1.4课题研究的意义及内容

1.4.1课题研究的意义

1.4.2课题研究的内容

第二章秸秆类生物质热解气化实验研究

2.1秸秆类生物质热解气化

2.2秸秆气化实验

2.2.1实验设备

2.2.2实验材料

2.2.3热解气化

2.3秸秆气净化

2.3.1秸秆气脱硫

2.3.2秸秆气脱焦、除氧

2.4秸秆气调配氢碳比实验

第三章秸秆气合成甲醇准备及预实验

3.1甲醇合成方法与工艺流程

3.1.1目前甲醇合成方法

3.1.2甲醇合成工艺流程

3.2实验部分

3.2.1主要实验设备

3.2.2催化剂的装填与还原

3.2.3实验流程与实验条件

3.2.4实验数据的测试分析方法

3.3实验结果与分析

3.3.1物料衡算方法

3.3.2秸秆气直接合成燃料甲醇

3.3.3配氢后秸秆气合成燃料甲醇

3.4本章小结

第四章秸秆气合成甲醇工艺条件实验研究

4.1实验设计

4.1.1实验设备与材料

4.1.2实验方法与条件

4.2实验部分

4.2.1催化剂优选实验

4.2.2正交实验

4.2.3单因素实验—压力优选实验

4.2.4单因素实验—质量空速优选实验

4.2.5单因素实验—温度优选实验

4.3本章小结

第五章催化剂失活研究

5.1铜基催化剂失活原因

5.2析炭实验

5.3催化剂X衍射实验

5.4催化剂的比表面积

5.5本章小结

第六章实验结论与课题展望

6.1实验结论

6.2课题展望

参考文献

致谢