生物质固定床热解及焦油催化裂解实验研究

论文摘要

生物质能源以其产量大,可储存、二氧化碳零排放、可再生等优点已引起广泛关注,为减轻当前化石能源进展和环境污染等问题提供了新的途径。其中生物质热解技术由于可以将低品位的生物质能转化为高品位的液体燃料和高附加值的化工原料而受到越来越多的重视。本文主要针对生物质热解过程中焦油的生成特性和多孔粒子对焦油的物理吸附和化学催化的影响这两个方面展开。本文首先选取了包括草本和木本生物质在内的四种典型原料,并对生物质主要组分纤维素、木质素含量进行了分析;在立式固定床气化反应器上研究了生物质种类,热解温度和停留时间等条件对生物质热解焦油产率的影响;对比研究了纤维素、木质素热解过程中焦油生成特性。研究结果表明:生物质中纤维素含量越高,焦油的产率越高;同时生物质中木质素的含量越高,则半焦的产率越高。在所研究的温度范围内,生物质热解焦油产率是一个先增大后减少的过程,在600℃时产率达到最大。此外停留时间对焦油产率也有重要影响,热解气在高温区的停留时间越长,焦油的产率越低。其次通过对比实验,研究了多孔粒子如多孔硅胶（多孔,催化性能低）,活性Al2O3（多孔,催化性能高）,Zeolite（多孔,催化性能更高）与非多孔粒子（溶融Al2O3和石英砂）对生物质焦油的催化捕获效果,探讨了不同种类的多孔粒子对生物质热解焦油的物理吸附和催化分解机理,并提出了焦油裂解率的概念。研究结果表明:焦油捕获能力为沸石>活性氧化铝>熔融活性氧化铝>多孔硅胶>石英砂。此外增加催化剂床高可以延长焦油与催化剂接触时间,促进焦油的催化裂解,从而降低热解气中的焦油含量。最后通过GC-MS对热解焦油的主要组分进行了分析,同时对比分析了不同多孔粒子对焦油的主要挥发组分和相对含量的影响。研究结果表明:多孔低催化活性的多孔粒子对焦油的作用主要通过增加停留时间,促进焦油热裂解,对焦油组分的影响主要表现在使多环芳香类化合物含量减少;而多孔催化活性较高的催化剂对焦油的作用主要通过化学催化反应,促进焦油催化裂解,对焦油组分的影响主要体现在使小分子焦油量减少,苯酚和苯酚衍生物等中型分子减少,而多环芳香烃含量明显增加。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 生物质能简介
• 1.3 生物质能开发和利用的意义
• 1.4 课题的提出
• 1.5 本文的研究思路和内容
• 2 生物质热解焦油研究综述
• 2.1 生物质热解焦油的定义及危害
• 2.2 生物质热解简介
• 2.3 焦油的取样和分析方法
• 2.4 焦油的催化裂解
• 2.5 本章小结
• 3 生物质热解过程中焦油生成特性实验研究
• 3.1 实验装置介绍
• 3.2 实验样品处理与分析
• 3.3 纤维素、木质素对生物质热解焦油产率及组分的影响
• 3.4 热解温度对生物质热解焦油产率的影响
• 3.5 气相停留时间对生物质热解焦油产率及组分的影响
• 3.6 本章小结
• 4 多孔粒子对焦油催化裂解的影响
• 4.1 生物质焦油催化热解实验过程
• 4.2 催化剂对催化裂化的影响
• 4.3 气相停留时间的影响
• 4.4 多孔粒子对焦油成分的影响
• 4.5 小结
• 5 全文总结与建议
• 5.1 全文总结
• 5.2 下一步工作建议
• 致谢
• 参考文献
• 硕士期间发表的学术论文