生物质定向热转化研究进展

本文综述了生物质气化制备合成气和液化制备高附加值化学品的国内外研究进展?高活性?高选择性和高稳定性催化剂的研发是实现生物质高效热转化亟待解决的技术难题?气化制备合成气应重点开发能够促进焦油转化和CO/H₂比例调整的催化剂;制备高附加值化学品,催化剂要能够降低生物油中氧含量,提高目的化学品产率,提升生物油品质?     

Fe/CaO载氧体作用下生物质化学链气化研究

生物质化学链气化技术是一种高效的生物质能源利用技术，其过程中载氧体能够起到载氧、载热和催化的作用。为了提高载氧体的氧化还原特性，同时提高生物质气化得到合成气的产率，研究了机械混合法和浸渍法制备的Fe/CaO载氧体在生物质化学链气化过程中的作用。制备了不同Fe负载量的Fe/CaO载氧体，对其进行了XRD、CO₂-TPD和H₂-TPR表征以分析其物理化学性能。随着Fe负载量的增大，载氧体的还原性增强，同时CO₂吸收性减弱。在固定床装置上对其反应性能进行了实验研究，结果表明在反应温度为850 ℃时，随着Fe负载量增大，气体转化率逐渐增大，CO2和CO的产气量逐渐增大，H₂的产气量减少。当Fe负载量为40%得到的载氧体能够得到最大合成气产量453.4 mL，H₂和CO的产气量分别为146.6 mL和306.8 mL。     

生物质气化技术研究进展

生物质气化技术是生物质洁净高效利用的重要方法,具有广阔的发展前景。本文综述了近年来国内外生物质气化技术中气化剂气化、热解气化、催化气化、等离子体气化、超临界水气化等方法的研究进展。认为目前生物质气化技术需要重点解决的主要难题是焦油脱除和净化以及高效催化剂的制备,化学法除焦和开发复合型催化剂是解决这些难题的有效方法,生物质气化技术的大规模商业化利用是未来的发展方向。     

生物质焦油的催化脱除及气化气制氢

结合作者在依阿华州立大学可持续环境技术中心的合作科研，介绍了生物质气化、焦油的催化转化及制氢的实验结果。生物质焦油的催化脱除，由一个保护床和转化反应器组成的高温催化气体净化装置完成；生物质气化气要实现高氢浓度的转化，需要通过水煤气变换反应将CO转化为H2。     

改性白云石在生物质制氢中的催化作用

文章对改性白云石作为催化剂进行了研究,考察了白云石、镍/改性白云石催化剂、镍/介孔改性白云石催化剂对氢气和H2 CO在产物气中的含量及氢气产率的影响。并以氢气产率为评价指标对三种催化剂的寿命进行了比较。试验结果表明无论在催化活性、强度和寿命方面镍/改性白云石和镍/介孔改性白云石相对于白云石都得到了很大的提高。镍/改性白云石和镍/介孔改性白云石是生物质催化气化制氢较好的催化剂。     

CO2催化重整生物质焦油金属催化剂的研究进展

生物质焦油是生物质气化过程中产生的一种有害副产物,它的存在严重制约了生物质气化技术的发展。利用先进的金属催化剂,将生物质焦油与CO₂进行催化重整,获取小分子燃料气体,不仅可将生物质焦油进行转化利用,而且还实现了温室气体的减排,具有重大的现实意义。介绍了CO₂催化重整生物质焦油所用的金属催化剂,主要包括Ni基催化剂、碱金属催化剂以及非Ni的其他过渡金属催化剂。总结了各类催化剂的优缺点,并对未来生物质焦油催化重整技术作了展望。     

微波辅助酸功能化离子液体催化降解纤维素

在室温离子液体中,以酸功能化离子液体为催化剂进行纤维素的微波辅助降解,分别考察了二甲基亚砜、催化剂和水对纤维素降解的影响.结果表明:纤维素在1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐中的降解效果优于在1-丁基-3-甲基咪唑氯盐中的降解效果;二甲基亚砜能有效地降低体系的黏度,提高降解的效果;酸功能化离子液体的催化效果与其酸性大小相关;微波640 W下添加0.05 g催化剂,0.04 g水,0.6 g二甲基亚砜,反应60 s,纤维素降解效果最佳.     

生物质催化气化重整制取富氢气体的实验研究

以流化床为气化反应器,以固定床为重整反应器,进行了生物质气化与重整制取富氢气体的实验研究.在不同的气化温度条件下,探讨Ni基催化剂、Ca基催化剂和两者的机械混合型催化剂对制取富氢气体的影响.实验结果表明:随着气化反应器温度的提高,3种催化剂均促进了重质烃类的分解转化,而Ni基和混合型催化剂使轻质烃的催化转化能力得到提升;在750---950 ℃范围内,混合型催化剂具有最佳的催化效果,H2产率达到79.4 g/kg,产物气中的H2体积分数为53.6%～59.7%;分别添加Ni基和Ca基催化剂时,H2产率分别达到64.0 g/kg和57.9 g/kg,产物气中的H2体积分数均达到40.3%以上.     

CaO基催化剂在生物质热解中原位脱碳作用研究

研究了CaO基复合催化剂在生物质热解过程中的原位脱碳作用,通过气相色谱仪分析热解气体产物组分及含量。结果表明,CaO基复合催化剂可以原位吸附生物质热解过程中产生的CO₂,达到生物质定向催化转化的目的。使用Fe-CaO、Ni-CaO复合催化剂可使生物质热解液相产物产率降低至20%以下,而气体产率提高,最高可达67.1%。Ni-CaO催化热解条件下气体产物中H₂含量最高可达52.9%,同时φ(H2)/φ(CO)达到2.6,改善了热解气品质。     

温度及水洗预处理对生物质氧气-水蒸气气化特性的影响

为研究气化温度和水洗预处理对玉米秸秆氧气-水蒸气气化特性的影响,借助扫描电镜(SEM)、傅里叶红外光谱仪(FTIR)、比表面积与孔隙度分析仪、气相色谱仪(GC)和气质联用仪(GC-MS)等表征不同工况下的气化产物。研究结果表明：在400℃和600℃下制得的焦油中2,3-二氢苯并呋喃的质量分数最高,在800℃和1 000℃下制得的焦油中苯酚的质量分数最高。从400℃到1 000℃,含氧官能团取代的芳香族化合物逐渐转变为多环芳烃,苯酚的质量分数从5.07%增加至17.37%,合成气中H₂和CO的体积分数升高,CH₄和CO₂的体积分数降低,热值和H₂与CO的物质的量比增加。水洗预处理降低了在800℃下由玉米秸秆气化所得合成气中H₂和CO的体积分数,其热值较水洗前降低了2.55%。水洗后制得的生物质焦比表面积、总孔体积和平均孔径均增大,促进了焦油的裂解反应,提高了CO₂和CH₄的产率。水洗促进了焦油中M1类化合物的形成,抑制了环烷烃、多环芳香...     

Ru-Cu-Ni-CeO_2/HZSM-5催化剂裂解秸秆气化焦油性能研究

采用浸渍法制备Ru-Cu-Ni-CeO2/HZSM-5催化剂,对实验室规模的生物质气化焦油催化裂解的性能进行研究,并与HZSM-5以及Ru-Ni-CeO2/HZSM-5催化剂的性能进行对比.Ru-Cu-Ni-CeO2/HZSM-5催化剂具有高的活性和选择性,主要由于催化剂具有高表面积、适宜的孔分布以及高分散的活性组分.     

超临界水中花生壳气化制氢的实验及机理研究

以原生物质花生壳为原料,羧甲基纤维素钠为添加剂,利用釜式反应器,在温度为450℃、压力范围为24~27 MPa的条件下,考察了K2CO3、ZnCl2、Raney-Ni三种催化剂对超临界水中生物质催化气化制氢的影响.结果表明,ZnCl2对氢气的选择性最高,K2CO3次之,Raney-Ni最低,但在低温条件下Raney-Ni最有利于生物质的气化,气化率高达126.84%,氢气产率高达34.37 g.kg-1.选取ZnCl2和Raney-Ni混合使用时,氢选择性明显提高,甲烷迅速减少.通过对催化机理的探索,提出了生物质催化气化的反应路径,对实验中出现的现象和所得出的结论给予了合理解释.     

缩口形式对两段供风气化反应器性能的影响

在生物质气化过程中，气化气中焦油含量高是影响整个系统正常运行的重要因素。本文在分析生物质气化机理的基础上，实验研究了缩口型式对温度分布和气化气中焦油含量的影响，分析了缩口型式对两段供风气化反应器性能的作用，探讨了提高生物质气化炉的总体性能的途径。     

合成气发酵的质量传递限制研究进展

合成气是木质纤维素等生物质部分氧化和高温分解后的混合气化,被生物催化剂厌氧发酵后可以转化为一些有价值的生物燃料.合成气发酵技术最大瓶颈是质量传递限制,其中主要的限制步骤是气液传质.本文对合成气发酵的质量传递限制研究进行综述,重点阐述合成气发酵生物反应器以及添加剂对质量传递的影响.     

煤与生物质流化床水蒸气共气化

采用单一流化床二步气化方法,以煤作为热载体与发热体,水蒸气作为气化剂,在流化床试验装置上进行生物质(稻壳和木屑)气化的试验研究,考察反应温度(t)、水蒸气与生物质的质量比对燃气组分、氢产率和潜在氢产率的影响。实验结果表明,随着反应温度的升高,H2浓度、氢产率和潜在氢产率都不断增加,而H2与CO体积比逐渐减小;随着水蒸气与生物质的质量比的增大,H2浓度、H2与CO体积比、氢产率和潜在氢产率均不断增加,而CO与CO2体积比呈减小趋势。生产氢的最佳条件:t=1 025℃、水蒸气与生物质质量比为2。在最佳条件下,进一步研究了生物质种类对氢产率的影响。木屑气化制氢优于稻壳气化制氢,木屑气化所获得的氢产率(61.7g H2/kg)约为稻壳气化所获得氢产率(53.4 g H2/kg)的1.2倍。     

气化松焦油碱性催化裂解动力学性能

为揭示气化焦油在催化剂作用下的热解特性,利用STA499F3同步热分析仪对松树皮气化过程中产生的焦油进行热分析实验,分别获得不同升温速率下松焦油在催化剂Na2CO3和CaO作用下裂解反应的热分析曲线.利用热分析动力学原理,建立松焦油催化裂解的动力学计算模型,采用Popescu法推断机理函数并求出活化能E和频率因子A等动力学参数.研究结果表明:气化松焦油催化裂解过程的反应机理为三维扩散,圆柱形对称;Na2CO3和CaO能对焦油热解过程起到很好的催化效果,且Na2CO3的催化性能略优于CaO的催化性能.     

HPW/Sapo-18催化生物质醇解制备乙酰丙酸甲酯

采用水热法及浸渍法制备系列H3PW12O40(HPW)/Sapo-18负载型多酸催化剂(xHPW/Sapo-18,x为10％、20％、30％、40％、50％),研究其在甲醇介质中催化生物质制备乙酰丙酸甲酯(ML)的催化性能,通过XRD、FT-IR、BET和NH3-TPD等表征催化剂的性质和结构.结果表明:HPW成功负载在Sapo-18分子筛上.当以纤维素和玉米秸秆为原料时,催化剂的Br?nsted酸性和Lewis酸性协同作用,在0.4 g 20％HPW/Sapo-18、0.2 g底物、180℃、6 h可获得40.61％(纤维素)和35.82％(玉米秸秆)的ML产率;催化剂具有良好的可重复使用性,循环使用3次后,催化活性略有降低.     

烟煤分段热解焦油生成规律的研究

分段热解可以研究不同阶段煤结构中化学键断裂的信息,也可以提高热解焦油产率。为了进一步了解分段热解产物的分布规律,本实验选用石河子烟煤,利用固定床反应器,分别研究了在N2、H2以及催化加氢情况下,分段热解与一段热解对焦油产率、半焦产率及焦油族组分的影响,其中Ni/Al2O3、Pt/Al2O3两种催化剂采用浸渍法制备。通过分析不同温度分段焦油的组成,考察了N2,H2以及催化加氢对不同温度分段热解的影响,实验结果表明:随着温度的升高,焦油产率下降;N2气氛下,在Stage I、Stage II和Stage III焦油产率分别为4.3%、0.53%和0.39%;在加氢和Ni、Pt催化加氢时,焦油的产率大约分别是相应阶段N2气氛下的1.2、3和2倍,分段热解相比于直接热解可以明显提高焦油产率;加氢以及催化加氢在分段热解中,在Stage I对脂肪族品质的改善不是很明显,只在C13-C25具有轻微的提升作用,Stage II在C13-C15,Stage III在C11-C15则有明显的提升作用;对于非脂肪族在3个阶段分别在C11-C15、C9-C18、C9-C11明显增加。因此,分段热解、加氢以及催化加氢,对于焦油的产率和品质都有明显的提升作用。     

污泥流化床水蒸气气化焦油化学组成研究

通过污泥流化床水蒸气气化试验,采用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)研究了气化温度和气料比S/B(水蒸气与污泥的质量比)对焦油产率和化学组成的影响.试验结果表明:污泥水蒸气气化焦油产率随S/B值的增加而增加,且在较低的S/B值下(S/B=1.1,1.5),焦油产率随气化温度的升高而升高.多环芳烃的产率随气化温度的升高而升高,且在800oC和850oC处随S/B值的增加而升高.当气化温度为800oC和850oC时,焦油中芳香烃衍生物和杂环化合物的主要组成分别为含氮芳烃和含氮杂环,且当S/B=1.5时,两者的产率均随气化温度的升高而降低.     

超临界水中花生壳气化制氢催化剂的筛选与研究

在釜式反应装置上,以原生生物质花生壳为原料、CMC为添加剂,对不同种类的催化剂在超临界水中生物质催化气化制氢的影响进行了实验研究.温度水平选择为400℃,压力控制在22～24 Mea范围内,物料的质量分数为10%,催化剂包括ZnCl2、K2CO3、KOH、Na2CO3、NaOH、LiOH、Ca(OH)2、Raney-Ni、橄榄石和白云石.实验结果表明:各种催化剂的催化效果有很大的区别,骨架催化剂Raney-Ni的大比表面积和特殊的电子层结构,使得生物质在超临界水中较低温度条件下可以达到良好的气化效果,在所考察的几种类型催化剂中,Raney-Ni的产氢效率最高,达到28.03 g/kg,是一种极具潜力的超临界水生物质制氢催化剂.