發(fā)布時間：2020-06-15 19:01

【摘要】：對于生物質(zhì)氣化技術(shù),焦油的存在是限制其大規(guī)模應(yīng)用的主要問題。焦油不僅會堵塞管道和腐蝕設(shè)備,還會造成能量浪費與環(huán)境污染。因此,如何高效脫除焦油成為亟待解決的問題。在眾多焦油脫除方法中,催化轉(zhuǎn)化法是十分理想的選擇。因為其可將大分子焦油轉(zhuǎn)化成小分子可燃?xì)怏w,既能脫除焦油,又能增加燃?xì)猱a(chǎn)量。但是由于生物質(zhì)氣化具有多種方式,而且每種方式的操作過程都不相同,所以在每種氣化過程中對焦油進(jìn)行催化轉(zhuǎn)化的具體操作方法也會有所不同。目前生物質(zhì)氣化技術(shù)中最為常用的是空氣氣化和干餾氣化,所以本文分別針對兩種氣化過程產(chǎn)生的焦油開展催化轉(zhuǎn)化研究。具體研究內(nèi)容如下：1.生物質(zhì)空氣氣化焦油的催化轉(zhuǎn)化對于焦油的催化轉(zhuǎn)化,催化劑的選取至關(guān)重要。在各種催化劑中,綜合考慮催化效果和經(jīng)濟性后,鎳基催化劑是十分理想的選擇。但常規(guī)鎳基催化劑會因積碳的生成而導(dǎo)致快速失活,極大地縮短了其使用壽命�；诖嗽�,在對前人研究工作進(jìn)行總結(jié)和分析的基礎(chǔ)上,將CeO2作為助劑添加到常規(guī)鎳基催化劑(Ni/γ-Al2O3)中。并以甲苯(典型焦油模型化合物)為研究對象,在自行設(shè)計的常規(guī)催化水蒸氣重整裝置上進(jìn)行實驗。分別考察了反應(yīng)溫度、CeO2負(fù)載量及水/碳比對甲苯轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)氣組成及積碳生成的影響。結(jié)果表明,催化劑的活性和抗積碳能力會因CeO2的存在而得到明顯提高,且會隨著CeO2負(fù)載量的增大而得到進(jìn)一步增強。當(dāng)使用Ni-CeO2(3wt%)/γ-Al2O3催化劑,在反應(yīng)溫度為8500℃、水/碳比為3時,甲苯轉(zhuǎn)化率可達(dá)到90.4%,且催化劑的積碳量僅為0.42wt%。由于使用Ni-CeO2/γ-Al2O3催化劑時所得到的甲苯轉(zhuǎn)化率還有待提高,所以使用性能更為出色的介孔材料SBA-15作為載體,制備了一系列Ni-CeO2/SBA-15催化劑,并在評價Ni-CeO2/γ-Al2O3催化劑的條件下進(jìn)行實驗。結(jié)果表明,使用SBA-15作為載體時,催化劑的活性和抗積碳能力都會得到進(jìn)一步提高。當(dāng)使用Ni-CeO2(3 wt%)/SB A-15催化劑,在反應(yīng)溫度為850℃、水/碳比為3時,甲苯轉(zhuǎn)化率可達(dá)到98.9%,且催化劑的積碳量僅為0.01wt%。此外,該催化劑在29小時的穩(wěn)定性測試中表現(xiàn)出較高的穩(wěn)定性及較強的抗積碳能力。為了降低焦油水蒸氣重整所需溫度,并進(jìn)一步抑制積碳的生成,在常規(guī)催化水蒸氣重整工藝中引入了“電催化”技術(shù)。以甲苯、苯、1-甲基萘和空氣氣化焦油為研究對象,使用Ni-CeO2/γ-Al2O3催化劑在自行設(shè)計的電催化水蒸氣重整裝置上進(jìn)行實驗。結(jié)果表明,該工藝可在降低甲苯水蒸氣重整所需溫度的同時顯著提高甲苯轉(zhuǎn)化率,并能有效抑制積碳的生成。在電流為4A、反應(yīng)溫度為800℃水/碳比為3時,甲苯轉(zhuǎn)化率可以達(dá)到99.9%,且催化劑積碳量僅為0.10wt%。此外,在24小時的穩(wěn)定性測試中,甲苯、苯和空氣氣化焦油的轉(zhuǎn)化率可分別保持在99%、98%和95%左右,而1-甲基萘的轉(zhuǎn)化率卻只能維持在83%左右。2.生物質(zhì)干餾氣化焦油的催化轉(zhuǎn)化與空氣氣化相比,干餾氣化的最大特點是在惰性氛圍中進(jìn)行的,沒有氧化介質(zhì)存在,所以可將炭基材料作為鎳基催化劑的載體�；诖嗽�,以活性炭為載體,創(chuàng)新性地制備了一種高效的NiO/活性炭復(fù)合催化劑。并在自行設(shè)計的兩級固定床反應(yīng)裝置上對稻殼干餾氣化焦油進(jìn)行熱裂解和催化裂解實驗,考察了反應(yīng)溫度和NiO負(fù)載量對焦油催化轉(zhuǎn)化的影響。結(jié)果表明,熱裂解可以轉(zhuǎn)化部分輕質(zhì)焦油,但是難以轉(zhuǎn)化重質(zhì)焦油。而在使用NiO/活性炭催化劑進(jìn)行催化裂解時,輕質(zhì)焦油和重質(zhì)焦油都可以得到有效裂解,并能增加H2和CO2的產(chǎn)率。與無裂解時相比,在700℃使用NiO/活性炭(4.3wt%)催化劑時,輕質(zhì)和重質(zhì)焦油的產(chǎn)率分別可以減小95.5%和94.7%,而H2和CO2的產(chǎn)率則約為無裂解時的2倍。此外,NiO/活性炭催化劑的催化能力會隨著NiO負(fù)載量的增大和反應(yīng)溫度的升高而得到增強。
【學(xué)位授予單位】：華北電力大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TK6

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 李大中;劉曉偉;;生物質(zhì)氣化焦油脫除過程參數(shù)優(yōu)化方法[J];節(jié)能技術(shù);2008年03期

2 Fabien Habimana;;Effect of MgO promoter on Ni-based SBA-15 catalysts for combined steam and carbon dioxide reforming of methane[J];Journal of Natural Gas Chemistry;2008年03期

本文編號：2714853