生物质气化过程催化剂应用研究进展

生物质气化技术已在国内外得到广泛的开发和运用,但由于燃气品位较差,焦油较多,限制了生物质气化气的进一步利用。在生物质气化过程中应用催化剂是一种有效的提升燃气质量和催化裂解焦油的方法,近年来已引起了国内外的广泛注意。本文对国内外生物质催化气化及相关研究进展进行了综合评述,分析了催化剂对减少生物质气化焦油的生成和改进燃料气品质的作用结果, 提出了进一步的研究方向。     

流化床生物质气化过程的中试研究

在流化床生物质气化炉内，用空气进行气化生物质（花生壳）的试验研究，分析了参数是ER（0.2-0.45)，气化床的温度750－850℃），当当量比ER在0.25-0.33范围内，气化燃气热值为6．2％－6.8MJ/Nm^3，气体产量在260－300Nm^3/h，并对七膛，林废弃物进行了初步实验研究，生成的燃气成分：CO在14％－17％之间，H2含量一般低于10％，甲烷含量为5％－10％，燃气热值多数在5300－6500kJ/Nm^3，气化效率72．6％，实验结果表明，流化床生物质气化炉可用于生物质气化。     

预煅烧铜渣与生物质混合催化气化

在热重分析仪上,以1 000℃预煅烧5h铜渣为催化剂,在氧气气氛下,进行生物质的催化气化实验.在预煅烧铜渣/生物质(质量比)为0.5～2.5范围内,考察铜渣的催化性能.实验结果表明,在所研究的比例范围内,生物质热解阶段和气化阶段的最大失重速率呈现先增大后减小的趋势,且在比例为2时都达到最大值.研究表明,铜渣中的铁氧化物在气化过程中被还原为金属Fe和FeO,而生成的FeO与SiO2反应生成Fe2SiO4.在铜渣与生物质混合催化气化反应中,金属Fe从铜渣中的铁氧化物中被还原出来而提供了活性位,表明铜渣因含有易还原的铁元素而具有催化作用.     

流化床生物质气化过程的中试研究

在流化床生物质气化炉内 ,用空气进行气化生物质 (花生壳 )的试验研究 ,分析的参数是ER(0 .2— 0 .45 ) ,气化床的温度 (75 0— 85 0℃ )。当当量比ER在 0 .2 5— 0 .33范围内 ,气化燃气热值为 6 .2— 6 .8MJ/Nm3,气体产量在 2 6 0—30 0Nm3/h。并对七种农、林废弃物进行了初步气化实验研究。生成的燃气成分 :CO在 14%— 17%之间 ,H2 含量一般低于10 % ,甲烷含量为 5 %— 10 %。燃气热值多数在 5 30 0— 6 5 0 0kJ/Nm3,气化效率 72 .6 %。实验结果表明 ,流化床生物质气化炉可用于生物质气化     

下吸式气化炉处理城市生活垃圾

下吸式气化炉具有原料适应性好，燃气中焦油含量少的特点。使用下吸式气化炉对广州城市生活垃圾进行了空气气化实验，并对燃气成分、焦油含量和灰渣重金属含量进行了分析。分析结果表明：燃气气体热值可达4600kJ／m^3，燃气焦油含量为2．0g／m^3。另外，对灰渣中的金属成分也进行了分析。试验结果表明：下吸式气化炉是处理复杂城市生活垃圾的一种有效手段。     

生物质废弃物催化裂解制备富氢燃气实验研究

由生物质废弃物催化裂解制取氢气是一种可再生的制氢方法，本研究采用2段加热管式反应器，前段装生物质，后段装催化剂，用以研究生物质催化裂解制取氢气的特性，并提出潜在氢产率的概念对生物质制氢的经济技术可行性进行深入的分析。测试的3种生物质废弃物为：松木粉、木质素和纤维素，测试温度为600～700℃。实验结果表明，加入催化剂后3种物料的产氢率从5．48～15．06g／kg增加到12．94～37．73g／kg；催化剂对潜在产氢率的影响较小，加入催化剂前后的变化范围为：36、25～98、86g／kg到37．40～116．98g／kg。生物质废弃物催化裂解产氢率与相同温度下空气-水蒸气气化的氢产率相当，实验结果证明，生物质废弃物催化裂解是一种有效的制氢方法。     

生活垃圾衍生燃料分段催化气化

利用下吸式分段催化固定床反应器对生活垃圾衍生燃料进行了气化实验。研究了气化温度、当量空气系数、气化介质和催化剂对气化产物的影响。结果表明,生活垃圾衍生燃料以塑料、纸类和厨余组分为主,热值在10 MJ·kg~(-1)以上,适合直接气化。随着气化温度升高,气化气中H_2和CO的含量、产气率、气化气热值、碳转化率和冷煤气效率升高,而焦油和CO_2含量明显降低;随着当量空气系数升高,CO_2含量、产气率和碳转化率升高,而焦油含量和气化气热值降低,在当量空气系数为0.33时冷煤气效率最高;当采用富氧空气作为气化介质时,N_2对于气化气的稀释作用减弱;添加催化剂能有效减少气化气中焦油的含量,提高H_2和CO的含量。采用下吸式分段催化气化,能有效提高气化气品质和冷煤气效率。     

下吸式气化炉处理城市生活垃圾

下吸式气化炉具有原料适应性好,燃气中焦油含量少的特点。使用下吸式气化炉对广州城市生活垃圾进行了空气气化实验,并对燃气成分、焦油含量和灰渣重金属含量进行了分析。分析结果表明:燃气气体热值可达4600kJ/m3,燃气焦油含量为2.0g/m3。另外,对灰渣中的金属成分也进行了分析。试验结果表明:下吸式气化炉是处理复杂城市生活垃圾的一种有效手段。     

生物质催化气化制取富氢燃气的研究

以流化床为反应器 ,探讨了一些主要参数如 :反应器温度 ,水蒸气 ,当量比ER以及催化剂对气体成分、氢产率和潜在氢产率的影响。实验所用催化剂为白云石和镍基催化剂。在实验条件范围内 ,氢产率为 2 2— 83g/kg生物质 (湿基 ) ,潜在氢产率为 115— 2 2 3g/kg生物质 (湿基 )。结果表明 ,较高的反应器温度 ,适当的水蒸气添加量可以有效提高氢的产出 ;白云石和镍基催化剂可使产品气中的氢含量提高 10 %以上。     

生物质催化气化制取富氢燃气的研究

以流化床为反应器，探讨了一些主要参数如：反应器温度，水蒸气，当量比ER以及催化剂对气体成分、氢产率和潜在氢产率的影响。实验所用催化剂为白云石和镍基催化剂。在实验条件范围内，氢产率为22—83g／kg生物质(湿基)，潜在氢产率为115—223g／kg生物质(湿基)。结果表明，较高的反应器温度，适当的水蒸气添加量可以有效提高氢的产出；白云石和镍基催化剂可使产品气中的氢含量提高10％以上。     

生物质废弃物催化裂解制备富氢燃气实验研究

由生物质废弃物催化裂解制取氢气是一种可再生的制氢方法,本研究采用2段加热管式反应器,前段装生物质,后段装催化剂,用以研究生物质催化裂解制取氢气的特性,并提出潜在氢产率的概念对生物质制氢的经济技术可行性进行深入的分析.测试的3种生物质废弃物为:松木粉、木质素和纤维素,测试温度为600～700℃.实验结果表明,加入催化剂后3种物料的产氢率从5.48～15.06g/kg增加到12.94～37.73g/kg;催化剂对潜在产氢率的影响较小,加入催化剂前后的变化范围为:36.25～98.86g/kg到37.40～116.98g/kg.生物质废弃物催化裂解产氢率与相同温度下空气-水蒸气气化的氢产率相当,实验结果证明,生物质废弃物催化裂解是一种有效的制氢方法.     

废弃物生物质液化制取生物油的研究进展

废弃物生物质处置不当引起的环境污染与潜在资源浪费已引起了广泛关注,而废弃物生物质液化制取生物油是解决有机废弃物污染及其能源化再利用的一种新技术。在对多糖、木质素、蛋白质、油脂等生物质大分子聚合物的液化机制阐述分析的基础上,讨论了温度、加热速度、粒径、压强、停留时间、液固质量比,特别是催化剂以及还原气和供氢剂等反应条件或参数对生物油的影响机制,最后介绍了生物质液化油的物理化学性质以及该技术存在的若干问题。     

生物质燃气高温过滤材料的研究

日趋严格的环保要求和某些工艺过程的特殊需要,对生物质燃气中灰尘的数量和粒度提出了更高的要求,即对生物质气化系统中的过滤工艺有了新的要求。针对生物质气化工艺的特点及其灰尘的特性,重点研究了针刺过滤毡和金属多孔材料两类高温过滤材料。通过研究比较,两种材料各有优缺点,针刺过滤毡过滤精度高,运行工况比较稳定,但是过滤气速小,适用温度低,设备比较庞大;金属多孔材料过滤精度相对较低,但是过滤气速和使用温度高,设备相对紧凑。     

生活垃圾衍生燃料催化气化制备合成气

以生活垃圾衍生燃料RDF(refuse derived fuel)为原料,在750℃下进行了催化气化-改质实验,研究了氧气供应量、Ni基催化剂组分等操作要素对合成气生成特性的影响。结果表明:氧气供应量ER(equivalent ratio)的增加可以提高碳素转化率和冷气体效率;在Ni基催化剂中添加Mg、Ce、K、Ca和Zn等金属助剂可以有效改善改质催化性能,促进焦油分解,提高有效气体收率。在750℃温度条件下,控制供氧量ER=0.04时,通过催化气化-改质处理,可以从RDF获得H_2体积分数约29.00%的清洁合成气,冷气体效率和碳素转化率分别为44.41%和82.41%,合成气收率可达0.244 m~3·kg~(-1)(RDF)。     

碱性催化剂对农业废物液化产生生物油和气体的影响

采用热化学处理法对农业废物玉米秸秆和苹果渣进行处理,3种碱性物质Na2CO3、K2CO3和KOH作为催化剂,都能不同程度提高液化生物油收率、减少固体残渣收率.但碱性催化剂会降低气体收率,因而不适合作为以获得气体产物为目的的生物质气化试验的催化剂.就增加液化生物油收率方面而言,Na2CO3的催化效果最好,KOH催化效果次之,K2CO3的催化效果最差.     

生物质能利用技术控制污染物排放的作用

化石燃料燃烧利用过程中排放的大量毒害气体和CO2对生态环境造成重大危害,由此产生的环境问题越来越引起世界各国的关注,相应的控制排放技术不断发展,其中生物质能利用由于其CO2零排放成为最有发展潜力的技术之一.采用LCA方法,选择生物质气化联合循环发电、生物质热裂解发电、生物质与煤混烧发电3种方案与燃煤发电进行了对比,分析生物质利用过程减排温室气体CO2、毒性气体(SOX、NOX)的作用.结果表明,在生产1 kW*h电能的生命周期中,3种生物质发电方案的CO2排放量远远小于燃煤发电,特别是生物质气化联合循环发电和生物质热裂解发电两种方案减排CO2达到了87%～94%.由于生物质低硫和低氮特性,该两种方案中NOX和SOX的减排量也非常显著,即使是生物质与煤按1∶9(质量比)混燃都可以达到25.2%和8.9%的减排效果.综合而言,生物质能的利用,不论是气化、热解或者共燃都是减排CO2、NOX和SOX有效措施.     

钙基吸附剂捕集生物质燃气中的二氧化碳

生物质热解燃气中CO2的捕集,是提高燃气热值和实现碳减排的关键问题之一。为利用生物质热解燃气温度偏高的特点,拟通过化学吸附方法,捕集燃气中高浓度的CO2。为此,利用不同钙基前驱物制备了系列钙基固体吸附剂,系列钙基固体吸附剂对CO2的单次吸附和循环吸附实验结果表明,含钙和镁氧化物混合物的吸附剂具有较稳定的循环吸附特性以及较大的吸附负荷。孔结构特性分析表明,适宜于CO2吸附的有效孔径范围可能为小于4 nm。因此,可以通过对天然白云石的改性获得合适孔径的钙镁基固体吸附剂,达到有效捕集生物质燃气中CO2的目的。     

生物质碳基固体酸催化剂的制备及其对酯化反应的催化性能

为了寻找一种以生物质为原料,能够温和地合成磁性碳基固体酸催化剂的路径,以生物质柚子果皮为原料合成磁性固体酸催化剂,并将其用于催化油酸和乙醇的酯化反应中。结果表明:MPC-0.4-SO_3H和MPC-0.8-SO_3H在反应温度为80℃、催化剂用量为油酸质量的7%、油醇比为1∶20、反应时间为8 h时,酯化率可达到68.0%和68.8%,高于商用催化剂Amberlyst-15的酯化率;2种催化剂耐水性好,稳定性高,重复使用3次和4次时,酯化率仍高于或接近Amberlyst-15。通过分析可知,2种固体酸活化能较低,与Amberlyst-15相比,其催化反应的速率常数更大,在生物柴油的合成中具有较好的应用前景。     

生物质废弃物快速热解制取富氢气体的实验研究

采用管式炉对红松锯屑快速热解制取富氢气体进行了实验研究,分析了反应器温度、物料粒径和催化剂对热解产物组成的影响.结果表明高温能加快生物质快速热解进程,减少炭和焦油生成量,利于富氢气体的生成,800℃时气态产物比例可达56.9 wt.%,气态产物中H2体积分数由4.3%(500℃下)上升至17.2%,H2 CO体积分数达68.3%.小粒径能增大热解气态产物的比例,但对气态产物组成的影响很小,这可能与红松锯屑本身质地疏松有关.以与生物质直接混合方式添加的煅烧白云石能使热解产物中H2含量增加,但造成产气过程变缓,炭生成量增多,富氢气体总产量未能得到提高.     

污水污泥流化床空气气化焦油的燃烧特性

利用热重分析法,研究了气化温度(650、750和850℃)和污泥性质对污泥流化床气化焦油燃烧特性的影响变化规律。结果表明:6种污泥气化焦油的燃烧过程均分为轻质有机物挥发和燃烧、重质有机物分解和燃烧以及微量残炭燃烧3个阶段;其中第一阶段失重率均明显高于第二阶段,且第一阶段和第二阶段的失重率随气化温度的升高而分别呈现为升高和降低的变化趋势。来自于活性污泥法工艺未消化污泥气化焦油在第一阶段的失重率高于消化污泥的,而A2/O工艺未消化污泥气化焦油在第一阶段的失重率则低于消化污泥的。6种气化焦油的机理函数不完全相同,但反应级数均在1~2.5之间,且第一阶段的表观活化能均低于30 k J·mol-1。污泥流化床空气气化焦油的着火点和表观活化能均比其固定床空气气化焦油的低。