生物质原位催化热解制富氢燃气的研究

摘要

化石能源的枯竭，引起科研工作者对生物质这一类清洁，可再生能源的研究，以期能够缓解能源短缺的压力，实现生物质能的大规模工业应用。生物质热解气化作为生物质热解研究的一个重要方向，致力于将生物质转化为清洁，高质的燃气。但是常规的生物质热解气化存在热解燃气中H2，CO等有效气体的浓度低的问题，而且在气化过程中会发生焦油堵塞管道，影响气化过程连续进行等附加问题。因此本文以在热解气化过程中制取富氢气体并有效降低焦油的含量为研究核心，从生物质原位催化裂解制取富氢气体和改变焦油催化裂解积碳途径出发，具体的开展了以下的实验研究:
　　1.以谷壳作为生物质研究对象，在石英管反应器中研究了基于CO2原位捕集的谷壳热解制H2，考查了不同温度，不同的CO2捕集剂(CaO)的配比对其热解的产气量、气体中H2的体积含量的影响。实验结果表明，谷壳热解的产气量随温度的升高而增大，当温度在600℃，700℃，800℃时，谷壳热解产气量分别为245 ml/g，300 ml/g，340 ml/g;600℃，当CaO∶ biomass=1∶3，1∶4，1∶5，1∶6时，谷壳热解产生的气体中H2的体积含量为14-26％，此条件下CO2含量都保持在22％左右，此时CO2的捕集与CaO比例几乎无关;在700℃，当CaO∶ biomass=1∶4时，获得较高的H2产率41％，较低的CO2含量16％，此时，CaO的捕集率为64％;800℃时，CaO∶ biomass=1∶4时H2与CO2的体积含量则分别为36％，22％，通过GC-MS表征分析发现CaO在800℃的温度下对热解过程中产生的焦油有部分催化裂解效果。
　　2.在固定床反应器上考察了碱金属对生物质热解制富氢气体的影响。实验结果表明，钾盐中的K2CO3能明显的催化谷壳热解制氢过程。TG分析显示钾盐能够有效降低谷壳热解反应开始的温度。温度及K2CO3的质量分数均为影响氢气含量的因素。600，650℃时，钾盐催化活性较低，H2浓度分别为11.54％，19.68％。700℃时K2CO3催化作用下的谷壳热解的H2浓度达到最高42.70％。谷壳由不添加K2CO3，到添加5 wt％的K2CO3时，H2含量由20.75％升到35.4％，变化显著，并且在15％时H2含量有最大值42.70％，当质量分数超过15％继续增加时H2含量不再继续增大。
　　3.在催化装置下利用添加助剂碳酸钾的镍基催化剂对工业焦油进行催化裂解实验，实验结果表明800℃下，在水碳比为2.5∶1时，工业焦油催化裂解反应的效率最佳;往催化剂中加入不同的的钾组分，可以得到不同的催化效果，在水碳比为2.5且加入钾助剂含量为15％时，最高H2生成率达到了49.65％。

目录

声明

摘要

1．1 生物质简介

1．1．1 生物质热解技术

1．1．2 生物质热解机理

1．1．3 热解技术研究现状

1．1．5 生物质热解气化技术

1．2 CO2捕集

1．3 碱金属对生物质热解特性的影响

1．4 焦油裂解

1．5 本文立题思想和研究内容

第二章 生物质的原位捕集热解制氢研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验样品

2．2．2 实验仪器操作

2．2．3 样品分析与检测

2．3 谷壳在不同温度下的热解结果分析

2．4 CO2原位捕集对谷壳热解特性的影响

2．5 捕集剂的XRD分析和捕集率分析

2．6 焦油成分的GC-MS分析

2．7 本章小结

第三章 碱金属盐对生物质热解的影响

3．2 实验过程

3．2．1 实验样品处理

3．2．2 反应装置

3．2．3 实验步骤

3．2．4 样品分析与检测

3．3 实验结果与讨论

3．3．1 碱金属盐浸渍对谷壳热解的影响

3．3．2 热解温度对谷壳热解气产量影响

3．3．3 钾盐含量对热解气产量影响

3．3．4 钾盐含量对反应后固体碳影响

3．3．5 反应后固体样的XRD分析

3．4 本章小结

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验样品

4．2．2 实验装置

4．2．3 催化剂的物性分析

4．2．4 进料量与转速关系

4．2．5 实验数据处理分析

4．3 结果与分析

4．3．1 焦油的催化裂解

4．3．2 S／C的影响

4．3．3 温度的影响

4．3．4 钾助剂对气体组分的影响

4．4 本章小结

第五章 结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢