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生物质热解脱除焦油并制备高品质产物气

王学志  
【摘要】:生物质作为一种重要的清洁能源,具有贮藏量大、可再生的特点,对生物质的合理开发与利用能够有效减弱对化石能源的依赖。生物质有多种利用方式,最为常见的如直接燃烧,其中生物质的热解是其中非常重要且有效的生物质处理方法。但是在生物质热解过程中会同时产生生物质焦油,生物质焦油在设备低温区域液化堵塞管路,严重影响热解反应,造成设备损坏及能量损耗,同时焦油对人身健康及环境都有严重的威胁。生物质热解追求尽可能消除焦油并制备高品质产物气,如何在热解过程有效脱除焦油成为热解工艺的关键。本文归纳整理了近年来国内外学者对生物质热解方面的研究,比较其对焦油脱除的优缺点,得出在热解过程使用催化剂催化脱除焦油工艺最优优越。催化法催化脱除生物质热解焦油能有效减少焦油产量,焦油催化裂解同时提高了产物气的品质。催化脱除焦油技术的关键在于催化剂的选择,催化剂选择的重要标准是催化剂活性及催化剂寿命。本文以合成活性高、寿命长的新型催化剂为目标设计主要以玉米秸秆为原料的催化体系。首先进行生物质热解温度的确定,从经济和实验角度考虑,确定600℃为生物质热解温度;其次进行填料的选取,从吸收灰分和体系质量衡算角度选取分子筛作为填料;进行碱金属负载的催化热解实验,对产物气及焦油的脱除进行了一系列的实验研究,数据整理归纳,选取活性金属组分镍、镧、铁;合成钙钛矿型催化剂LaNiO_3催化剂作为口标催化剂,该催化剂负载量6wt%、催化温度800℃条件下催化效果最佳,使可收集物质占反应前秸秆质量百分比达到97.47%、减少23.68%的质量损失,重质焦油消除率达到78.77%、产物气体积由4.11L提至10.76L并明显提高产物气热值,最优产物气热值为4359.27kcal/m3、催化剂寿命为13.5h。生物质热解除了由热解温度,加热速率等因素决定,与生物质的种类及生物质尺寸也有着密切的关联。粒径减少促进生物质热解,同一生物质,40目粒径的生物质热解效果最好;对三种生物质进行研究,得出结论:对不同种类生物质进行工业分析,生物质热解程度由其中挥发分决定,生物质中灰分由其成分的原因对生物质热解起到积极的催化作用。


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