生物質焦油催化重整制氫研究.pdf

1、生物質焦油是生物質在熱解氣化過程中產(chǎn)生的一種粘稠、成分復雜、含氧量高、具有刺激性氣味的黑色副產(chǎn)物。焦油的存在不僅影響設備正常運行，而且會對環(huán)境和人體健康造成嚴重危害，進而影響生物質熱解氣化技術的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。催化法是高效去除生物質焦油的重要手段，傳統(tǒng)的催化法雖然能夠有效分解焦油組分，但是因其存在的焦油轉化率低、催化劑抗積碳性能差、失活快及氫產(chǎn)率低等問題，限制了其在熱解氣化領域的廣泛應用。針對如何提高焦油的去除效率及解決催化劑易積碳失活等問

2、題，本研究提出了利用鎳基催化劑進行生物質焦油催化重整制氫的方法。通過熱重分析法研究生物質焦油熱解和燃燒過程的動力學特性，Py-GC/MS分析產(chǎn)物分布規(guī)律;制備高效、穩(wěn)定的泡沫陶瓷鎳基催化劑;改變實驗反應條件，揭示獲得最大產(chǎn)氫率的最佳工況條件;通過部分氧化方法實現(xiàn)催化劑原位再生，保證催化劑對焦油的長效催化。本文開展研究工作具體如下:
　　(1)利用熱重分析法研究了生物質焦油在不同升溫速率下的熱化學過程。研究發(fā)現(xiàn)，生物質焦油熱解失重過

3、程可以分為三個階段:揮發(fā)階段，一次熱解階段和二次熱解階段。在不同升溫速率下，熱重曲線具有類似的趨勢，隨著升溫速率的增加，TG和DTG曲線向高溫區(qū)移動，焦油熱解溫度升高。生物質焦油熱解動力學符合一級動力學反應，根據(jù)阿倫尼烏斯公式計算熱解區(qū)動力學參數(shù)可知，一次熱解反應的活化能為33.48-50.27kJ/mol，二次熱解反應的活化能為39.18-44.20 kJ/mol。生物質焦油燃燒失重規(guī)律與熱解過程類似，在高溫區(qū)燃燒過程有明顯的失重，燃

4、燒階段的活化能為79.77-124.25 kJ/mol，遠大于熱解過程。Py-GC/MS分析結果表明，在不同熱解溫度下，焦油熱解產(chǎn)物都主要以芳香族類和酮類物質為主，并且隨著熱解溫度的升高，酮類物質含量明顯增多，芳香族化合物明顯減少。
　　(2)以泡沫陶瓷為載體，采用浸漬法制備了鎳基泡沫陶瓷催化劑。結合SEM和XRD分析方法考察了鎳基活性組分，煅燒溫度，催化劑負載量等因素對催化劑活性的影響。結果表明，當鎳源為Ni(NO3)2·6H2

5、O，煅燒溫度為700℃，催化劑負載量為3.50±0.2％時，制得的鎳基泡沫陶瓷催化劑對焦油催化重整制氫反應具有較高的活性和較好的穩(wěn)定性。
　　(3)采用固定床反應器進行生物質焦油催化重整制氫實驗，主要考察了反應溫度，S/C，空氣當量(ER)和再生催化劑四個因素對焦油催化重整制氫的影響。結果表明，當反應溫度為500-900℃，S/C比為0-4，ER為0時，氫產(chǎn)量在28.29-105.28 g H2/kg tar。但隨著空氣當量的增加