【摘要】：生物質(zhì)能作為清潔的可再生能源,能夠緩解如今化石能源的短缺壓力。生物質(zhì)可通過催化熱解過程被轉(zhuǎn)化為清潔的高品質(zhì)燃氣,即高效環(huán)保地將生物質(zhì)中的能量轉(zhuǎn)化。但生物質(zhì)熱解過程中存在著諸多問題,比如熱解氣中高品質(zhì)氣體含量偏低、熱解過程中產(chǎn)生具有粘性和腐蝕性的焦油。在生物質(zhì)熱解過程中,常見的焦油催化劑有天然礦石、鎳基催化劑等,但這些催化劑會出現(xiàn)積碳失活的問題,需要及時再生,從而增加了成本,工序也變得復雜。生物質(zhì)焦是生物質(zhì)熱解的固體副產(chǎn)物,具有多孔性和富碳性,且對焦油有著催化作用。生物質(zhì)焦源于生物質(zhì)自身的熱解,積碳不再是問題,從原料到催化劑,兩者之間的轉(zhuǎn)化可以形成一個良性的循環(huán),在成本和流程上對熱解工藝有所優(yōu)化。本文在生物質(zhì)熱解過程中,采用來源廣、無污染的生物質(zhì)焦作為催化劑,對生物質(zhì)焦進行了 XRF、XRD、BET比表面積以及熱重分析。實驗表明生物質(zhì)焦主要成分為無定形碳,也包含少量石墨晶型碳;生物質(zhì)焦內(nèi)部以介孔為主,且有著一個類似墨水瓶的廣體細頸結(jié)構(gòu);生物質(zhì)焦在760℃后出現(xiàn)斷崖式失重,即常壓下生物質(zhì)焦在760℃后出現(xiàn)碳素溶解損失反應(yīng),故本論文的實驗溫度設(shè)置為750℃。本文以生物質(zhì)焦的裝填方式和質(zhì)量為變量,制取更多高品質(zhì)氣體和減少重組分焦油為目,進行了三種方式的生物質(zhì)催化熱解研究。方式一,將生物質(zhì)焦作為催化床層裝填在木屑的下段,開展了對木屑的催化熱解實驗研究;方式二,將生物質(zhì)焦與木屑混合,開展了對木屑的原位催化熱解實驗研究;方式三,將生物質(zhì)焦與木屑的混合物裝填在上段,下段裝填生物質(zhì)焦催化床層,即將方式一與方式二結(jié)合,組成聯(lián)合催化熱解,開展了對木屑的聯(lián)合催化熱解實驗研究。熱解后收集的焦油和氣體分別進行了 GC/MS和GC分析,實驗表明,三種方式得到的總產(chǎn)氣量以及氫氣含量中,由小到大依次為方式二、方式一、方式三,氫氣含量從1564.0 mL增加到了 3155.7 mL(標準狀況),重組分焦油百分含量順序與之相反,其中重組分焦油百分含量從6.99%減少到1.21%,說明隨著催化熱解的優(yōu)化,聯(lián)合催化熱解時可取得優(yōu)良的效果。
【圖文】：

被統(tǒng)稱為焦油［３（）］。焦油成分復雜，其中大部分是多環(huán)芳香烴化合物，烴類化合物較逡逑少，還含有酸、醇、酮、醛、酯、呋喃和少量含氮的成分，這些物質(zhì)種類繁多，分逡逑子量分布從十幾到上萬，形成了含有成千上萬有機化合物的綜合體［３１＿３２］。圖１．３所逡逑示為焦油的成分分析。在生物質(zhì)熱解過程后，所產(chǎn)生的焦油與一些飛灰被氣體夾帶逡逑到后續(xù)的設(shè)備流程中，氣體遇冷后所夾帶的焦油冷凝并與飛灰結(jié)合，隨后一起粘附逡逑在設(shè)備上，從而造成了設(shè)備的堵塞，并影響了設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)；焦油在設(shè)備中通過逡逑水蒸氣可以進行一定程度的清理，但是這種粘性較強的的油狀物隨水蒸氣一起排放逡逑到而出時，又形成了極惡劣的二次污染，不僅對污染了室外環(huán)境，其冷凝下來后得逡逑到的污水又需進行去污處理［３３］。而且，焦油不僅是對設(shè)備儀器有著巨大的影響，對逡逑后續(xù)的催化劑也有著嚴重的負面效果，當處于高溫條件下時，焦油會進一步發(fā)生裂逡逑解

對于焦油的催化裂解，國內(nèi)外最直觀的技術(shù)思路有兩種，生物質(zhì)在氣化爐中熱逡逑解，伴隨著焦油的產(chǎn)生，這時，兩種思路就是焦油在爐內(nèi)被催化脫除和焦油被爐外逡逑的催化床層催化轉(zhuǎn)化［４２］。如圖１．２，，催化劑的裝填方式有兩種：第一種屬于爐內(nèi)焦逡逑油脫除，可用于流化床設(shè)備，在這種情況下，原料和催化劑在熱解反應(yīng)前就可以放逡逑置在一起并混合均勻，隨后爐內(nèi)將進行生物質(zhì)原位催化裂解，其中原料和催化劑的逡逑．混合分為機械混合和浸潰法；第二種屬于爐外催化轉(zhuǎn)化，通常被用作在固定床反應(yīng)逡逑器中，隨著催化劑和反應(yīng)物料分離，反應(yīng)過程可以分為多階段，在下游反應(yīng)爐中將逡逑９逡逑
【學位授予單位】：華中師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TK6

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本文編號：2643345