生物質熱轉化制備可燃氣的實驗研究.pdf

1、隨著全球對能源和環(huán)境問題的日益關注,合理開發(fā)和利用可再生能源已成為當前緊迫的研究課題。在已知可再生能源中,生物質能因其分布廣,資源量大,開發(fā)潛力巨大的特點受到人們的廣泛重視。以綠色環(huán)保、可再生的農林廢棄物生物質制備合成氣,不僅可以減輕能源和環(huán)境的雙重壓力,減少煤、石油等化石燃料的使用,還能對農林廢棄物進行資源化利用。本文以木質生物質為原料,初步探索了生物質熱解和氣化過程的反應機理,開展了生物質熱化學催化轉化制備合成氣的應用基礎研究。

2、r>　　首先,以松木鋸屑為實驗原料,在小型固定床反應器上對生物質熱解過程中反應溫度和反應時間的影響進行了較深入探討。實驗結果表明:600℃熱解,生物質只發(fā)生初級熱解,溫度大于700℃熱解過程中CO、H2和CH4含量會出現(xiàn)二次增長,即出現(xiàn)二次熱解反應。并且反應溫度的上升,會加快初級裂解反應速度顯著。另外,反應溫度對最終熱解產物也有顯著影響。研究結果表明隨著熱解溫度的升高,氣體產物的量隨之增多,液體和固體產物的量則明顯減少;氣體產物中CO和

3、H2含量顯著提高,CH4和CO2含量則顯著下降;最終熱解氣體產物的合成氣含量、H2與CO比例、碳轉化率、干氣產率和熱值都有明顯的提高。
　　其次,在小型固定床上對生物質水蒸氣氣化過程進行了研究。在石英管反應器中通過改變反應溫度(700-900℃)、水蒸氣與生物質比值(S/B:0.2-0.8w/w),研究了它們對生物質水蒸氣氣化反應過程的影響。實驗結果發(fā)現(xiàn):反應溫度上升會導致H2量大幅增長10-20％和重碳氫化合物減少3-5％,同時

4、CO濃度有小幅上漲。反應溫度為800℃時,最佳S/B值為0.8w/w左右,在此S/B時,氣體產物具有更高的氣體產量、碳轉化率且氣體組成中合成氣含量和H2/CO更高。當反應溫度不到850℃時,水煤氣轉換反應表現(xiàn)出主導作用;反應溫度在850-900℃時,水煤氣反應和還原反應則為主要反應。以上影響因素升高同樣有利于獲得更高的合成氣量、碳轉化率。隨著反應時間的延長,生物質水蒸氣氣化過程可以明顯的分為生物質初級熱解階段、二次反應階段和水煤氣反應階

5、段。
　　在對生物質快速熱解過程和氣化過程及規(guī)律有了較全面的了解后,本文利用自行研發(fā)的雙螺旋進料固定床反應器系統(tǒng)對生物質熱解進行了詳細研究。首先通過冷態(tài)實驗確定了實驗系統(tǒng)的輸料量、生物質在熱解床中的流速和固相停留時間的計算公式。然后重點探討了熱解溫度和固相停留時間對松木鋸屑熱解的影響。實驗證明隨著熱解溫度的升高,固體產物和液體產物的產量會快速降低,而氣體產物產量則快速增加;CO、CH4和CO2含量隨溫度提高而下降,H2和合成氣的濃

6、度則始終隨溫度的上升而升高。對于氣體產物特性而言,H2/CO比值、干氣產率和碳轉化率也隨熱解溫度的增加而上漲,相應氣體產物熱值在850℃有最大值13.43 MJ/Nm3。在相同實驗條件下,固相停留時間越長,越有利于生物質的二次裂解,從而使生物質熱解反應轉化產物中固相和液相產物越少,氣相產物量越大。
　　最后,通過制備煅燒白云石和負載型納米 NiO/A12O3催化劑,在兩段式固定床反應器系統(tǒng)上進行了催化熱解試驗,以評估并比較它們的催