松木屑加压CaO催化气化制备合成气

摘要

随着煤资源的枯竭，利用生物质气化技术制备适合液体燃料合成的气体受到越来越多国家的重视。合成液体燃料需要一定的压力和H2/CO比值，采用加压气化技术无疑具有一定的优势。本文首先对松木屑其进行热解动力学研究，其次，在这基础上，探讨固定床中松木屑水蒸汽气化规律。主要研究内容和成果如下:
　　 1)利用加压热重对松木屑热解反应进行研究，结果表明增压和加入CaO对反应都有较大影响。增加反应压力，松木屑的热解最终失重率降低;动力学分析发现，增加压力能够降低热解过程中的活化能，从而有利于热解反应的发生，但是压力超过0.7MPa后，活化能开始增加。增加CaO添加量，松木屑最终失重率从73.80％增加到89.54％;DTG曲线显示失重峰增加到4个，分别为水分析出、挥发分析出、Ca(OH)2和CaCO3分解所引起的失重峰。
　　 2)在固定床中，研究了松木屑高温、加压气化反应的过程，结果显示，提高温度和增加反应压力有利于制备富氢合成气。反应时间一定时(30min)，随着反应温度的增加，H2、CO的浓度出现逐渐上升趋势，而CO2、CH4的浓度出现降低趋势;产气率随温度增加而逐渐增加，但是增加的幅度逐渐减小;H2/CO出现先增加后减小的变化，在850℃时，有最大H2/CO比值，为4.2。在完全气化反应中，随着温度增加，CO和CH4的浓度有所增加，CO2的浓度有所下降，H2的浓度变化并不大;产气率出现先增加后降低的趋势，在850℃时有最大值为1.97Nm3/kg-1;H2/CO出现持续减小的变化，最大比值为5.4。增加反应压力时，H2、CO2的浓度出现增加，CO的浓度出现了明显下降，CH4的浓度出现了微弱的下降趋势;此外产气率和H2/CO比值得到提高，水量过量情况下，H2/CO比值范围可达到2.0～9.0;一定范围内增加反应的压力在总体上能够降低气体中焦油的含量。通过GC/MS分析发现增加反应压力，焦油中物质种类出现大幅度按下降，不具有支链的多苯环结构的物质比如苯、萘、菲、荧蒽和芘等的总比例显著增加。
　　 3)在固定床中，研究加入CaO对气化反应的影响。研究结果证明CaO作为催化剂和CO2吸收剂能够很明显的改变产物气体的组份。在800℃，0.5MPa时，松木屑中加入Ca/C为0.5的CaO，气化反应得到的产物气体中H2的浓度从50.27％增加到59.35％，增幅达到18.06％，CO2则减少了50％以上，气体热值从10.97Nm3/kg增加到12.97Nm3/kg。在900℃、0.5MPa时，随着Ca/C比值增加，气体中焦油含量逐渐降低，在Ca/C为1.0时有最小值为2.48g/Nm3。在反应中添加CaO，焦油组分中种类改变较少，而具有芳环结构的有机物会发生去支链或者异构而生成稳定的芳环结构。
　　 本研究以水蒸汽为气化介质进行松木屑催化气化制备合成气，所得合成气中H2浓度超过60％，H2/CO在2.0～9.0范围内，而且H2和CO的浓度之和超过70％，通过调节实验条件合成气中焦油含量能下降到1.99g/Nm3。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 研究背景

1．3 反应机理

1．3．1 生物质水蒸汽气化

1．3．2 CaO对气化过程的影响机理

1．4 国内外生物质制备合成气研究状况及评述

1．4．1 生物质加压气化研究现状

1．4．2 生物质CaO催化气化研究现状

1．5 研究目标、主要研究内容和技术路线

1．5．1 研究目标

1．5．2 主要研究内容

1．5．3 技术路线

1．6 松木屑气化产气评价指标

1．7 论文创新点

第二章 松木屑加压CaO催化热解研究

2．1 引言

2．2 实验原料、装置和方法

2．2．1 实验原料

2．2．2 实验装置系统简介

2．2．3 实验方法

2．2．4 松木屑热解反应的动力学分析方法

2．3 结果与讨论

2．3．1 不同压力对松木屑热解过程影响

2．3．2 不同升温速率对松木屑热解过程的影响

2．3．4 添加CaO对松木屑热解过程影响

2．4 本章小结

第三章 松木屑加压气化制备合成气

3．1 引言

3．2 实验原料、装置和方法

3．2．1 实验原料

3．2．2 实验装置系统简介

3．2．3 实验方法

3．2．4 焦油收集与分析

3．3 结果与讨论

3．3．1 温度对松木屑水蒸汽气化过程影响

3．3．2 压力对松木屑水蒸汽气化过程影响

3．4 本章小结

第四章 松木屑加压CaO催化气化制备合成气

4．1 引言

4．2 实验原料、方法和条件

4．3 结果与讨论

4．3．1 CaO对气化过程的影响

4．3．2 添加CaO后，压力对气化过程的影响

4．3．3 添加CaO后，温度对气化过程的影响

4．4 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 主要结论

5．2 展望

参考文献

在读期间学术研究

致谢