高温炭床对生物质热解焦油的催化性能研究

摘要

生物质能是化石能源优良的替代能源，而利用生物质能最主要、最有效的技术就是生物质热解气化技术，但是现有的生物质热解气化技术的发展受到了焦油的限制。由于焦油带来的危害，对热解气化设备和燃气的品质都提出了挑战。利用生物质热解气化的副产品生物质炭作为催化剂，不但价格低廉、资源丰富，而且催化性能优良以及抗积炭能力强不易失活，极大的促进了生物质热解气化技术的发展，发展研究生物质炭对焦油的催化裂解是今后焦油催化研究的主要方向。 (1)本文综述了生物质能在解决能源问题上的重要意义，总结了国内外生物质热解催化技术的发展情况，讨论了各种催化剂对焦油的催化性能的影响，考虑到催化剂的成本、寿命以及积炭问题，提出了生物质炭作为生物质热解催化技术的催化剂的重要路线。 (2)在实验室的规模下，研究了橡木在单级热解的实验数据，得到了单级热解终温对三相产物的分布影响。发现在低于600℃下热解的焦油中主要含有大分子的多环芳香族化合物以及其衍生物;在高于600℃时热解产生的焦油中虽然大部分还是多环芳香族化合物，但是发现有很多直连的烃类物质存在，说明高温可以使裂解部分焦油。 (3)比较了两种不同种类的生物质炭作为催化材料，利用惰性物质石英砂作为空白对照，主要通过焦油转化率、产气性能和气体成分的数据来评价催化材料的优良，橡木炭好于稻壳炭和石英砂。对于本实验的设备和原料，实验的最佳条件热解终温为600℃，第二级催化床层为橡木炭、温度为800℃、催化床层长度为21cm，气体的停留时间为5.81s，在此条件下的焦油的催化率为83.77％，由催化效果增加的气体量为27.50％。焦油在催化裂解前主要含有的物质为多环芳香族化合物以及其衍生物，催化裂解后主要生成烷烃类物质，表明橡木炭床优良的催化性能。 (4)通过电镜分析发现橡木炭的催化作用主要是依靠大孔和中孔完成，而在催化反应过程中大孔和中孔不易堵塞，所以使用生物质炭作为催化剂不容易失活，同时气化反应也可以将在孔洞中形成的积炭除去，使其不容易被堵塞，这就决定了生物质炭在催化方面的巨大优势。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 生物质能的意义

1．1．1 化石能源的危机

1．1．2 生物质能源的重要意义

1．2 生物质能利用技术概述

1．3 生物质的热解气化技术

1．3．1 国内外热解气化技术发展状况

1．3．2 热解气化技术分类

1．3．3 热解气化燃气标准

1．4 生物质热解气化焦油的危害与去除

1．4．1 焦油的主要危害

1．4．2 焦油的有关标准

1．4．3 去除焦油的净化方法

1．5 国内外生物质焦油的催化裂解研究的现状

1．5．1 国内外的研究现状

1．6 生物质炭作为焦油催化剂的优势

1．7 论文主要研究内容

第二章 实验材料和方法

2．1 实验室仪器和装置

2．1．1 实验装置

2．1．2 主要设备和仪器

2．2 分析测试方法

2．2．1 生物质的工业分析方法

2．2．2 焦油的测定标准

2．2．3 GC-MS的分析方法

2．2．4 碘值测定生物质炭吸附能力

2．3 实验材料

2．3．1 原料的选取

2．3．2 生物质炭的制备

2．4 三相产物质量的检测

2．5 实验的主要内容

2．6 本章小结

第三章 单级热解特性及其炭作为催化材料的理化性质

3．1 单级热解实验探究

3．1．1 单级热解终温对三相产物分布影响

3．2 催化材料的制备

3．3 生物质炭的理化性质

3．3．1 元素分析

3．3．2 工业分析

3．3．3 ICP碱土元素的分析

3．3．4 催化材料的电镜分析

3．4 本章小结

第四章 生物质炭对焦油的催化性能研究

4．1 对焦油催化性能影响因数的研究

4．2 不同种类催化剂性能研究

4．2．1 催化材料对焦油转化率的影响

4．2．2 催化材料对产气性能和气体组分的影响

4．3 温度对生物质炭催化床层的催化性能研究

4．3．1 生物质炭催化床层温度对焦油的转化率影响

4．3．2 生物质炭层温度对产气性能和气体组分的影响

4．4 催化剂床层长度的催化性能研究

4．4．1 催化剂床层长度对焦油的转化率影响

4．4．2 催化剂床层长度对产气性能和气体组分的影响

4．5 炭消耗量和产气性能的关系的研究

4．6 生物质炭的使用次数对焦油的催化性能的研究

4．6．1 生物质炭的孔道结构分析

4．6．2 生物质炭使用次数对焦油催化性能的影响

4．7 焦油成分变化研究

4．8 催化机理

4．9 本章小结

第五章 结论与建议

5．1 主要内容

5．2 结论

5．3 建议

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

作者和导师简介