生物質(zhì)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(zhì)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(nóng)林廢棄物生物質(zhì)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(nóng)林廢棄物進行資源化利用。本文以木質(zhì)生物質(zhì)為原料,初步探索了生物質(zhì)熱解和氣化過程的反應機理,開展了生物質(zhì)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(zhì)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(zhì)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(chǎn)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(chǎn)物的量隨之增多,液體和固體產(chǎn)物的量則明顯減少;氣體產(chǎn)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(chǎn)物的合成氣含量、H2與CO比例、碳轉化率、干氣產(chǎn)率和熱值都有明顯的提高。
　　其次,在小型固定床上對生物質(zhì)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(zhì)比值(S/B:0.2-0.8w/w),研究了它們對生物質(zhì)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(chǎn)物具有更高的氣體產(chǎn)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(zhì)水蒸氣氣化過程可以明顯的分為生物質(zhì)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(zhì)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(zhì)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(zhì)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(chǎn)物和液體產(chǎn)物的產(chǎn)量會快速降低,而氣體產(chǎn)物產(chǎn)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(chǎn)物特性而言,H2/CO比值、干氣產(chǎn)率和碳轉化率也隨熱解溫度的增加而上漲,相應氣體產(chǎn)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(zhì)的二次裂解,從而使生物質(zhì)熱解反應轉化產(chǎn)物中固相和液相產(chǎn)物越少,氣相產(chǎn)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