生物油水蒸气气化实验研究

利用固定床反应器对生物油的水蒸气非催化气化性能进行了实验研究,考察了温度和水蒸气的加入量对气化过程的影响,对气化所得粗合成气的组成分布进行了分析。结果表明,升高温度有利于生物油向合成气转化,1 200 ℃时,生物油的碳转化率可达97.8%,合成气有效成分(H₂+CO)的产率可达77%,其中H₂/CO摩尔比为1.19;水蒸气的加入可以提高合成气中的H₂/CO摩尔比,当S/C(水碳比)=4时,合成气中的H₂/CO摩尔比可达3.69,与此同时,水蒸气的加入不利于合成气有效成分产率的提高;生物油气化所得气体为中热值气体。     

生物质热解油气化试验研究

生物质是一种环境友好可再生资源，可以通过多种途径转化为液体燃料。生物质热解液化即是在缺氧状态下对生物质进行快速加热，然后再对热解产物进行快速冷凝，最后获得一种称为生物油的液体燃料的技术。该技术以及生物油的特点主要有：热解液化温度为500℃，远低于生物质热解气化所     

生物油水溶性组分的水蒸气催化重整制氢实验研究

利用固定床反应器对生物油水溶性组分重整制氢反应进行了考察,研究了温度、吸收剂的加入对反应过程的影响。结果表明,在常压条件下生物油水溶性组分的最佳重整温度为800℃,此时H2体积分数为60%、CO体积分数为10%。加入CO₂吸收剂后,H₂体积分数提高了25%,H₂产率提高了10%。在常压条件下,以CaO作为吸收剂时,最佳的反应温度为600℃,此时H₂体积分数最高可达85%。650℃时CaO对CO₂的吸收能力减弱导致其对生成H₂反应的促进作用急剧降低。     

Catalyzed steam gasification of biomass

Steam gasification of wood in the presence of catalysis was investigated. Two methods for wood/catalyst contacting were used: dry mixing of the wood and solid catalyst and impregnation of the wood with catalyst. Impregnation gave greater yields and rates than dry mixing and was used throughout the remainder of the investigation.Catalysts used included potassium carbonate, sodium carbonate, trona, and borax, in order of their effectiveness at all temperatures.The gasification process with and without catalyst occurred in two stages: (1) a rapid pyrolysis immediately after heatup and (2) reaction of steam with the char residue. The steam/char reaction obeyed pseudo-first-order kinetics.     

水蒸气气氛煤中温催化气化动力学研究

以碳酸钾为催化剂,用热天平的等温热重法研究了四种不同变质程度煤焦常压下水蒸气催化气化反应动力学。在加和不加碳酸钾条件下,测定了温度为700~850℃煤焦的化学反应控制条件下的碳转化率与时间的关系。碳酸钾催化剂的加入对变质程度越高煤的气化催化作用越大。加碳酸钾的碳转化率与时间的关系用混合模型和修正随机孔模型可以良好的拟合关联,均相模型关联较差。利用修正随机孔模型拟合关联出了四种煤焦催化水蒸气气化反应的活化能和指前因子,活化能为90.317~167.861kJ/mol,指前因子和活化能之间具有补偿效应。     

生物油TG-FTIR分析与热解气化特性研究

以稻壳快速热解产物生物油为对象,在对其进行热重红外检测的基础上,结合生物油及其轻质、重质组分的热解气化实验,研究了生物油热解气化过程及气体产出特性。结果表明,生物油的热解气化分为两个阶段,一是轻质组分的快速挥发热解;二是重质组分的裂解气化与缩合缩聚,活化能分别为35~38 kJ/mol和15~22 kJ/mol。温度升高,热解气化效率增加,以H₂和CO为主的合成气产量增多,但气体产物热值降低。气体中H₂主要来自轻质组分的热解气化,而重质组分则裂解产生较多的CO、CH₄等物质。     

氢气存在下的煤焦水蒸气气化: I 反应特性研究

分别以水蒸气/惰性气混合气、水蒸气/氢气混合气作为气化剂,在常压和875℃~950℃下,采用热天平对1200℃快速热解神府煤焦的气化反应特性进行了研究,并考察了气化过程中煤焦结构的变化及其对气化反应的影响。实验发现,煤焦在水蒸气/氢气作为气化剂条件下的气化反应过程可分为两个阶段,首先是反应急剧进行的阶段,然后是反应速率趋于稳定的阶段,且反应速率接近于石墨的反应速率。该现象与煤的化学结构有关,第一阶段气化剂与活泼性物质 碳氢支链、含氧官能团的反应,第二阶段气化剂与芳香碳的反应;煤焦在水蒸气/氢气气氛下,气化过程中的碳难以转化完全。神府煤焦的SEM表明,煤焦表面有大量的裂缝、孔隙、褶皱、及碎块。碎块表面光滑,这些物质覆盖了内部裂缝与孔隙。煤焦和水蒸气/氢气气化残焦（碳转化率68%）由于气化反应,其碎块减少,表面的大孔暴露出来。比较两种气化剂条件下的气化反应过程发现,水蒸气/惰性气气化反应速率随碳转化率的增加而缓慢均匀地下降;水蒸气/氢气气化反应速率随碳转化率增加先迅速降低,而后较缓慢降低。     

Catalytic gasification of Pakistani Lakhra and Thar lignite chars in steam gasification

采用热重法在常压与700℃~900℃条件下的水蒸气气化过程,对两种巴基斯坦Lakhra和Thar褐煤半焦进行了单一和混合催化剂(即3%钙和5%钠-黑液单一催化剂及一种3%钙和5%钠-黑液混合催化剂)对碳转化率、气化反应速率常数及活化能、有害污染含硫气体相对量的催化效应研究.两者Lakhra和Thar褐煤半焦经直接气化就可获得高的碳转化率,但采用纸浆黑液催化剂可使气化速率变得很快.含灰高的Thar褐煤半焦在纸浆黑液催化气化过程更易生成一些复杂的硅酸盐,从而导致比含灰低的Lakhra褐煤半焦出现一个更低的转化率.在水蒸气气化过程由半焦和纸浆黑液自身所产生的SO2 和 H2S含硫气体可为存在于纸浆黑液中的Ca盐所捕获而完成脱硫过程,但这一过程在低于900℃时更有效.缩芯模型 (SCM)可较好地用来关联转化率与时间的关系并给出不同温度下的反应速率常数k.基于阿累尼乌斯方程预测了反应活化能Ea 和指前因子A.在纸浆黑液和钙混合催化及纸浆黑液催化剂时,Lakhra褐煤半焦的Ea分别为44.7kJ/mol和 59.6kJ/mol明显小于Thar褐煤半焦的Ea=114.6kJ/mol 和 Ea=100.8kJ/mol,同样也小于无催化剂纯半焦气化时Lakhra褐煤半焦的Ea=161.2kJ/mol和Thar半焦的Ea=124.8kJ/mol.     

β-1型木质素二聚体高温蒸汽气化机理的理论研究

以β-1型木质素二聚体为研究对象,采用以密度泛函理论B3LYP/6-31G(d,p)为基础的Gaussian工具包对该木质素二聚体的高温纯蒸汽气化反应过程进行了分子动力学模拟研究。结果表明,在木质素二聚体高温蒸汽气化的初反应中,R4和R5的反应焓变较小分别为243.9和323.2 kJ/mol,Cα-Cβ键和Cβ-C1键较易断裂。通过计算次反应路径的势垒,发现R4-1和R5-1反应的势垒较小分别为4.4和24.0 kJ/mol,因此,在该气化过程中会优先选择R4-1和R5-1路径。该反应路径最后得到的产物有甲醇、乙醇、苯酚、对羟基甲苯和对羟基苯甲醛,与实验产物吻合。     

离子交换树脂催化酯化生物油的试验研究

生物油黏稠、稳定性差、热值低、腐蚀性强,需要进行改质与品位提升,将生物油中的有机酸通过酯化的方法转化为中性的酯类可以改善生物油的性能。实验利用模型反应,筛选出了适合于生物油体系的732型和NKC-9型两种树脂作为酯化改质的催化剂。生物油和甲醇在间歇釜内以732和NKC-9为催化剂进行改质以后,酸值分别降低了88.54%和85.95%,表明生物油中的有机酸极大地转化为中性酯类。此外,热值分别提高了32.26%和31.64%,水分分别降低了27.74%和30.87%,密度均降低了21.77%,黏度降低均接近97%。732树脂固定床催化酯化生物油后,酸值降低了92.61%。加速陈化实验和铝片腐蚀性实验结果分别表明,改质生物油的稳定性和腐蚀性能得到了改善。     

煤水蒸气气化过程中钾催化剂与矿物质的相互作用

在固定床反应器中研究了碳酸钾对煤的水蒸气催化气化,考察了钾与10种煤中矿物质的相互作用,采用XRD和XRF分析经过水浸取后的气化残渣。结果表明,在煤水蒸气气化过程中,碳酸钾催化剂与煤中矿物质相互作用形成难溶于水的化合物。当煤的灰分中钙含量较少时,钾催化剂与矿物质反应的量和气化灰渣中铝含量成线性关系,即K:Al=1:1。当煤的灰分中含钙量较多时,钙能够以钙铝黄长石(Ca₂Al₂SiO₇)的形式固定大量的铝,一定程度上抑制钾催化剂和矿物质的反应。钾和矿物质反应的量影响钾催化剂的催化作用。     

循环流化床富氧气化实验研究

在循环流化床富氧气化实验台上,通过调节水蒸气流量使气化温度基本稳定在910℃,研究了不同氧气浓度及气化当量比对煤气组分、产气率、冷煤气效率及碳转化率的影响。结果表明,氧气浓度从25%增加至40%时,N2体积分数从48.82%降低至33.83%,H2从21.47%不断增加至27.59%,CH4基本不变;受水蒸气流量影响,氧气浓度高于35%时,CO体积分数降低,CO2体积分数增加;氧气浓度40%时的煤气热值为空气气化煤气热值的1.84倍,产气率随氧气浓度增加从2.35 m3/kg降至2.13 m3/kg,冷煤气效率和碳转化率不断增大;当气化当量比从0.20增加至0.29时,N2体积分数先降低后升高,H2体积分数从24.01%增加到25.46%后基本保持不变,CO和CH4持续减小,CO2不断增加,产气率由1.94 m3/kg升高到2.29 m3/kg;受水蒸气和气化当量比综合影响,冷煤气效率先增大后减小,碳转化率持续增加。     

Thermogravimetric analysis in steam and oxygen with gas chromatograph mass spectrometry for basic study of biomass gasification

We modified a commercially available thermogravimetric analyzer to introduce helium alone or with steam, oxygen or both, atmosphere of which was controllable to be similar to that in a fixed-bed or an entrained-flow type gasifier, for studying basic properties of biomass gasification. We also connected it to a gas chromatograph-mass selective detector for identifying materials produced during the thermogravimetric analyses. Thermogravimetric analyses of Japanese cedar wood and identifications of the produced materials at around 365 °C were measured as demonstrations.     

生物油模型化合物催化裂化制备芳香烃的实验研究

通过HZSM-5分子筛催化剂对生物油典型模型化合物(乙酸、愈创木酚、正庚烷和环己烷等)在550℃进行了催化裂化反应,研究模型化合物催化裂化特性和反应机理以及催化剂性质。结果表明,正庚烷和环己烷裂化产物主要是芳香烃(53%和91%,均为积分面积分数),对于此类不含氧的模型化合物,催化裂化反应过程更容易进行;随着催化剂用量的增加,可以有效增加乙酸裂化产物中芳香烃含量(12%到90%,均为积分面积分数);愈创木酚结构比较复杂,HZSM-5催化剂主要脱除了甲氧基,催化剂用量的增加可以使芳香烃类稳定物质更容易形成。     

Experimental studies of biomass gasification with air

In this work,experimental studies of biomass gasification under different operating conditions were carried out in an updraft gasifier combined with a copper slag reformer.The influence of gasification temperature,equivalence ratio(ER) and copper slag catalyst addition on gas production and tar yield were investigated.The experimental results showed that the content of H2 and CO,gas yield and LHV increased,while the tar yield and the content of CO2,CH4 and C2Hx in the gas product decreased with the temperature.At 800C,with the increase of ER,the LHV,the tar yield and the content of H2,CO,CH4 and C2Hx in gas products decreased,while the gas yield and the content of CO2 increased.Copper slag was introduced into the secondary reformer for tar decomposition.The Fe3O4 phase in the fresh copper slag was reduced to FeO(Fe2+) and metallic Fe by the gas product.Fe species(FeO and metallic Fe) acted as the active sites for tar catalytic decomposition.The catalytic temperature had a significant influence on tar conversion and the composition of the gas product.Typically,the tar conversion of about 17%-54% could be achieved when the catalytic temperature was varied from 750 to 950 C.Also,the content of H2 and CO increased with the catalytic temperature,while that of CO2,CH4 and C2Hx in the gas product decreased.It was demonstrated that copper slag was a good catalyst for upgrading the gas product from biomass gasification.     

生物质流化床氧气-水蒸气气化实验研究

在小型流化床气化装置上进行了氧气-水蒸气气化实验,考察了原料、当量比、水蒸气配比、温度、二次风和床料对气化特性的影响。结果表明,原料中C和H含量越高,气化气中H₂和CO含量越高,焦油含量越低;当量比为0.27和水蒸气配比为0.6时,H₂含量达到最大值;温度的升高可提高H₂含量,在840 ℃以上,可提高CO含量;二次风从进料口偏上且二次风比率为15%通入,气体组分变化较明显,二次风通入点位置越高,焦油含量降低幅度越大;白云石和石灰石裂解焦油和提高H₂含量的活性高于橄榄石,但同时明显提高了气体中的灰分含量。     

神府煤焦与水蒸气、CO2气化反应特性研究

采用高温微量热天平和自制水蒸气发生装置进行神府煤焦与水蒸气和CO2气化实验,考察热解速率、不同气化剂(CO2和水蒸气)以及温度对气化反应的影响.用扫描电镜和吸附仪测定煤焦的初始结构.两种煤焦孔径为2 nm～170 nm的孔占总孔容的90%以上.神府快速煤焦(FP)与水蒸气气化活性比慢速煤焦(SP)高4.16倍,FP比SP挥发分脱除快,破坏其孔结构,减少缔合机会和二次反应.SP的BET比表面积为1.077 7 m2/g,FP的BET比表面积为1.893 9 m2/g.SP与水蒸气气化活性是CO2的9.94倍,FP与水蒸气的气化活性是CO2的7.15倍,水蒸气比CO2气化时进入的孔径范围广及水蒸气比CO2更容易解离.同种煤焦与水蒸气和CO2气化时的气化速率与转化率之间的趋势相近.用随机孔模型拟合并求取反应动力学参数,温度对SP与水蒸气、CO2反应速率,以及FP与水蒸气反应速率影响相似,而对FP与CO2反应速率影响明显比前三个反应要小.     

基于Fe负载的HZSM-5催化热解制备生物油实验研究

通过离子交换法制备含2%Fe(质量分数)的HZSM-5催化剂,采用X射线衍射仪(XRD)、激光粒度分析仪以及比表面积及孔径分析仪对催化剂进行表征,并在550℃下进行木屑的催化热解实验。对无催化剂和不同比例催化剂条件下得到的生物油进行GC-MS分析,结果表明,在Fe负载的HZSM-5作用下,生物油产率明显升高(最大增幅7%),轻质组分产率明显升高,重质组分产率略微升高。同时,轻质组分中的酮类、呋喃等含氧化合物含量降低,酚类、酸含量升高;重质组分中的酮类、呋喃类等含氧化合物含量明显降低,酚类、萘类含量明显增多。Fe负载的HZSM-5催化剂对木屑的热解反应有较好的催化效果,加强了对热解初始蒸汽的择形修饰,从而抑制了生物质三组分木质素初始热解产物中的醌类等容易一次或二次结焦物质的生成,孔道结构对蒸汽的二次反应被抑制,产物向较小分子的轻质产物上富集。