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高炉瓦斯灰催化松木热解及焦炭气化研究

吴丹  
【摘要】:热解气化技术是实现生物质热化学转化的重要途径,催化剂的引入能够有效提升热解气化效果,寻求一种高效、廉价、易得的催化剂是技术应用关键。高炉瓦斯灰作为钢铁工业的副产物,存在产量巨大,难以处理等问题,但富含Fe、Ca、Na、K等具有催化作用的活性物质,具备催化生物质热解气化反应的潜质。基于此,本文以高炉瓦斯灰作为催化剂,探讨其对松木热解和松木炭气化的催化反应性能影响,为低成本降解生物质热解焦油和制备高氢含量的气化产品气提供一条新的思路。具体实验结果如下:(1)通过热解反应平台,针对热解温度、催化剂(高炉瓦斯灰)和高炉瓦斯灰添加比例等因素,探讨了松木颗粒热解产物特性。试验结果表明:与CK和单一催化剂Fe_2O_3作用相比,#1和#2高炉瓦斯灰具有较好的催化效果,并且添加比例对热解效果也有一定的影响。两种高炉瓦斯灰作用下,液相产率较CK分别下降了5.22%和6.28%;热解气产率随温度升高不断提升,最高可达26.28%和23.18%;同时可有效降低CO含量,提升热解气中H_2的体积分数,与同等工况状态下未添加催化剂相比分别增加8.51%和9.89%。(2)采用高炉瓦斯灰对松木热解挥发分进行催化重整试验探究。结果显示,高炉瓦斯灰对松木热解挥发分具有较好的催化降解效果,改变催化床层高度热解效果也会发生一定的变化。#1和#2高炉瓦斯灰作用下,750℃时液相产率可分别下降16.87%和15.23%。两者热解气的组分变化主要体现在:高炉瓦斯灰使得CO占比明显下降,有助于热解气中H_2体积分数的提升,较同等工况无添加相比分别提高了11.61%和6.38%。(3)采用气化炉进行松木炭水蒸气气化动力学探究。结果表明,气化反应速率与试验温度呈正相关,符合Arrhenius定理。采用“两步计算法”判定松木炭水蒸气气化过程遵循收缩圆柱体模型,反应级数为1/2。#1-20%炭和#2-20%炭水蒸气气化活化能略高于CK-炭,对气化过程呈现微弱的抑制趋势。(4)利用气化系统探究高炉瓦斯灰对松木炭水蒸气气化特性影响。总结发现,产气率均随温度升高而不断增大,高炉瓦斯灰可以有效增加产气率,提升气体富氢品质,其中#2高炉瓦斯灰催化效果更为明显。水蒸气气氛下,两种高炉瓦斯灰作用下的松木炭气化率分别为6.25 L/g和6.65 L/g,产品气中H_2最高可达66.75%和69.59%,H_2/CO分别为CK-炭的1.6和2.0倍,高炉瓦斯灰可以作为水蒸气气化生产富氢气体的催化剂。


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