生物质合成气催化甲烷化技术研究进展

天然气因其清洁、高效、使用方便的特点而有着其他化石能源无法比拟的优势。随着天然气需求量的增加,天然气供需矛盾也逐渐凸显,生物质合成气催化制取合成天然气成为解决天然气供需矛盾的技术之一。针对生物质合成气甲烷化过程中存在的问题,从反应过程、催化剂、反应器等方面阐述了生物质合成气甲烷化研究现状;对比了不同催化剂的催化性能,分析得出Ni基催化剂是最适合工业化的甲烷化催化剂之一。列举了国外一些固定床和流化床甲烷化反应器工业化的案例,分析了其各自的生产工艺及优缺点,得出流化床是甲烷化反应器中较为有前景的反应器,并对生物质合成气催化制取合成天然气技术的发展方向进行了展望。     

生物质炭水蒸气气化制取富氢合成气

以生物质炭为原料在上吸式固定床气化炉中进行水蒸气气化制备富氢合成气,考察了不同原料、粒径和催化剂对生物质炭水蒸气气化影响。结果表明,不同类型炭气化结果存在较大差异,其中木片炭气化结果最优,其次是玉米芯炭和稻壳炭,秸秆炭气化结果最差,木片炭产氢率最大为222.8g/kg。粒径的改变主要影响炭转化率,炭转化率随着粒径的增加呈增加趋势。通过炭吸收方式负载催化剂为有效的方法,其中在相同钾盐质量分数下,KOH催化能力较优于K₂CO₃,且气化速率为未加催化剂条件下的两倍。炭转化率随着碱液浓度的增加而增加,但浓度过高会增加灰分含量从而不利于产氢率,玉米芯炭催化气化最高产氢率为197.8g/kg,在碱质量分数为6%下获得。     

木屑炭水蒸气催化气化制取合成气研究

以木屑炭为原料,K2CO3作为催化剂,以固定床气化炉为实验设备,进行水蒸气催化气化木屑炭的探究。考察木屑炭水蒸气气化的炭转化率、产氢率、气体组成体积分数和H2/CO比值随K2CO3催化剂质量分数(0~8%)、水蒸气流量(0.15~0.35 g/(min·g))、气化温度(800~950℃)变化的规律。实验结果表明:K2CO3催化剂可显著提升碳转化率及产氢率,K2CO3质量分数为8%时,碳转化率和产氢率分别达到86.3%和125.6 g/kg,同时合成气中CO体积分数显著增加,H2/CO比值降至2.43。增加水蒸气流量,合成气中H2含量显著增大,H2/CO比值随之增大。温度可有效促进炭气化过程,950℃时碳转化率和产氢率分别达到84.3%和127.1 g/kg,但合成气中CO体积分数增大,H2/CO比值降至2.48。实验得到H2/CO比值在2.43~5.16范围的合成气。气化反应温度在900℃、水蒸气0.2 g/(min·g)、K2CO3质量分数3%时,碳转化率可达80.4%,产氢率109.6 g/kg,合成气中(H2+CO)体积分数82.4%,同时H2/CO比值高达3.05。     

木炭水蒸气催化气化制取合成气

以木炭为原料,选用KOH、K₂CO₃、KHCO₃、KNO₃为催化剂,在上吸式固定床气化炉中,进行水蒸气催化气化制取合成气实验。考察了不同催化剂、催化剂用量、水蒸气流量、气化温度对木炭水蒸气气化的炭转化率、产氢率、气体组成体积分数和H₂/CO值的影响。实验通过炭吸收催化剂溶液来负载催化剂,实验结果表明：4种催化剂都可提高木炭气化效率,在浸渍相同质量分数的催化剂溶液下,催化活性顺序为KOH>K₂CO₃>KHCO₃>KNO₃。碳转化率及产氢率都随着催化剂溶液浓度的增加而增大,但浓度过高增加趋势逐渐变缓,催化剂溶液质量分数在4%~6%较为合适。增加水蒸气流量,气体产物中H₂体积分数增大,H₂/CO值增大。升高温度可促进炭气化反应,950℃时碳转化率和产氢率分别达到98.7%和145.23g/kg。实验可得到H₂/CO比1.53~4.09范围间的合成气,可用于合成甲醇、甲烷、二甲醚等燃料。     

木屑炭水蒸气气化制备合成气

以木屑炭为原料,在上吸式固定床气化炉中进行水蒸气气化制备合成气,考察了温度和水蒸气流量对木屑炭水蒸气气化的产物分布、炭转化率、产气率、组成含量和H₂/CO值的影响。结果表明：升高温度有助于木屑炭气化,炭转化率和产气率分别在950 ℃下达到最大值99.2%和4.16 L/g,但温度升高会导致H₂从65.8%降至61.2%,同时H₂/CO也呈下降趋势,从10.3降至3.35;水蒸气流量的增加可提升H₂,从59.8%升至62%,但流量升至0.6 g/min时气化结果趋于稳定。水蒸气气化的最佳操作条件为900 ℃,水蒸气流量0.6 g/min,此条件下炭转化率、产气率和热值分别达到93.3%、4.06 L/g和9.04 MJ/m³,H₂/CO值为4.11,适合于合成甲烷。     

生物质水蒸气气化制取富氢合成气及其应用的研究进展

生物质水蒸气气化是有效的热化学转化手段,可将原材料转化为富氢合成气,气体应用更加广泛,有替代化石能源制氢的潜在价值。不同的生物质资源气化和产氢能力存在差异,物料的选择对气化制取富氢合成气至关重要,而调整气化操作参数包括反应温度、水蒸气加入量、催化剂和吸收剂等可进一步优化合成气质量,提升氢气含量。本文首先综述了不同操作条件对生物质水蒸气气化制取富氢合成气的影响。其次,介绍了生物质炭气化制取富氢合成气的研究现状,炭气化可制得高品质的富氢合成气,但过程受动力学限制,需要加入催化剂以提升炭气化速率。文中还简述了以钾盐为催化剂时的催化机理,并展望了富氢合成气的应用,包括制备高纯氢应用于燃料电池和制备合成天然气。