基于新型复合催化剂的生物质催化热解实验研究

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能源是支撑人类文明进步,生活水平提高的物质基础,是现代社会向工业化、智能化发展不可或缺的基本条件。在未来相当长时间内,化石能源在我国能源结构中虽仍占主体地位,但随着经济增长,化石能源日渐枯竭、环境污染等问题也随之而来。同时保护生态环境、应对气候变化的压力日益增大,因此当前我们迫切要求能源的绿色转型。生物质能源的利用可以把农林废弃物资源化、能源化。同时,生物质能源是洁净能源产品的主要来源,可代替煤、燃油、燃气,是解决我国化石能源对大气污染较为理想、经济的洁净燃料之一,对保护环境和节约资源均具有深远意义。生物质与传统化石燃料相比,有成本低等优点,既能节省能源,又能明显减少大气污染,基本能够实现环境的零碳排放和低氮硫污染。生物质能源还具有储存、运输和使用方便等特点。综上可知,大力发展以生物质能为主的低碳生物质产业,部分替代和节约化石能源,有利于改善能源结构,减少二氧化碳排放,缓解和应对全球气候恶化。生物质催化裂解是生物质热化学转化的一种重要方式,热解过程复杂。主要是生物质在催化剂作用下高温热降解最终生成可燃性气体、生物油、木炭三相产物的过程。就目前研究而言,由于生成物的成分比较复杂,其低热值、不稳定性等的限制,所以对分析生物质水蒸气气化、催化裂解的反应特性的相关性研究还不够深入。寻找合适的催化剂可以有效促进生物质催化裂解的进行,对催化剂选择种类仍具有局限性。此外,白云石虽能够有效催化生物质裂解反应但由于其本身机械强度差,使用寿命较短,以当前研究情况来看,对生物质催化热裂解的研究都局限于裂解汽气化气的组分及白云石催化剂本身的实验分析,因此使得对以白云石为载体的复合催化剂催化机理分析不明确。论文在用新型多孔复合催化剂镧-铁-白云石(La-Fe-Dol)做催化剂烧制的基础上,利用自制下吸式蒸汽气化炉为实验系统,以废弃的松木屑为研究对象,利用X射线衍射、SEM和孔径分析仪分别分析新型多孔复合催化剂La-Fe-Dol的晶型结构、元素组成及孔径等特征,同时结合气相组分变化研究生物质裂解气化反应特性,研究不同的催化剂制备温度(550、650、750℃)、催化剂化合物配比(La:Fe:Dol=0.1:0.1:X,X=1、2、3)对新型复合催化剂的比表面积、平均孔径和表面形貌特征的影响。并在进一步完善生物质催化裂解实验平台的基础上展开不同的气化温度、水蒸气流量及有无La-Fe-Dol催化剂对热裂解气组分、碳转化率以及松木颗粒官能团的影响。一、新型复合催化剂镧-铁-白云石(La-Fe-Dol)的制备及催化剂形貌特征分析:以凝胶-溶胶法制备,制备过程中选取不同比例的原料和不同的制备终温制得新型复合材料镧-铁-白云石(La-Fe-Dol),制备得到的材料是具有多孔结构的以固定比例存在的复合催化剂LaFeO3-Dol。二、蒸汽流量为0.3kg/h,燃气中H2体积分数随温度的升高而增加,CO体积分数先减少后增加,,CH4体积分数却随着温度一直减少;当蒸汽流量增加到0.6kg/h曲线的变化趋势相近,适当的增加蒸汽流量可以得到富氢气体。而燃气总?由于燃气体积分数变化,导致先增大后减小。三、新型多孔复合催化剂(La-Fe-Dol)催化生物质水蒸气气化实验研究:新型多孔复合催化剂能够有效提高气化热解气中氢气含量,相比无催化剂,H2体积分数涨幅较大;对比相同温度下不同催化剂的催化性能,新型多孔复合催化剂(La-Fe-Dol)表现出了良好的反应特性,La-Fe-Dol的催化活性优于LaFeO3及La2O3。本文从以上三个方面介绍多孔复合材料镧-铁-白云石为催化剂的生物质催化裂解实验研究,研究意义在于:(1)从?角度研究温度和蒸汽流量对燃气特性和气化过程性能指标的影响,对深入研究生物质气化反应机理提供理论基础。(2)加入稀土元素镧(La)对白云石改性,研究以溶胶-凝胶法制备的La-Fe-Dol新型复合催化剂的研制及其对生物质低能耗、高效率催化裂解研究提供实验依据。
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