生物质气化焦油采样系统的研究进展

介绍了国内外主要生物质气化焦油的采样方法和采样系统,总结了各自的特点,为研究焦油成分提供了参考。     

整体式新型生物质气化催化反应器的实验研究

在现有生物质气化反应器及焦油处理方法的基础上,开发出一种整体式新型生物质气化催化反应器,并对该反应器进行相关的实验研究。实验研究结果表明:当木粉进料速率为6.48 g/min,空燃比RE为0.23,气化温度在500—670℃,这种整体式新型生物质气化催化反应器内有、无催化剂时对木粉气化产生的燃气中焦油的含量以及气体组分有明显影响;当采用钴与氧化钴的质量分数为20%,氧化钙的质量分数为80%的钴基催化剂作为焦油裂解催化剂,裂解温度为800℃,标态下体积空时为1.8 s的情况下,燃气中夹带的焦油可完全被催化裂解,同时燃气中的气体成分氢体积分数可从无催化剂时的15%提高到有催化剂时的35%,净提高20%。同时也对使用前后的钴基催化剂进行了XRD表征分析,发现氧化钙在生物质气化过程中具有一定的CO2捕集能力。     

生物质气化焦油处理技术的最新研究进展

生物质气化是目前常见的生物质能转换技术,其过程中产生的焦油不但会降低气化燃气的利用价值,而且对气化设备以及人和动物具有极大的危害性。从焦油的特性出发,论述了几种焦油的控制方法:吸收分离焦油的方法—机械/物理方法,如洗涤器、旋风分离;裂解焦油的方法—催化裂解和高温裂解;条件控制的方法—操作参数法。比较了上述几种方法,指出不同焦油处理方法的优缺点及工程应用。     

生物质气化过程中焦油的去除方法综述

生物质气化过程,最大难点就是在反应过程中会有焦油形成。焦油冷凝后会附着在反应体系中腐蚀设备,而且很难直接应用到后续过程中,因而必须尽量将焦油除去。去除焦油的方法大致可分为两类:物理法和热化学法。物理法虽然也能有效除焦,但焦油只是经历了相转换并没有真正除去,环境污染不可避免;热化学法不仅能将焦油从根本上除去,而且还能增加原料的转化率,对焦油的去除非常有效。本文着重介绍化学除焦法。     

生物质气化过程中焦油裂解的工业应用研究

针对生物质气化过程中产生的焦油,采用高温以及木炭催化的双重功效对其裂解进行了工业应用研究,并考察了一些操作参数的影响。实验结果表明,裂解操作温度控制在800℃以上时,对燃气中的焦油有明显的裂解作用。燃气通过焦油裂解炉后,燃气中夹带的飞灰得到了过滤,一方面降低了后序工序中燃气净化的负担,另一方面飞灰中未完全转化的碳得到进一步的转化,提高了碳的转化率,从而为生物质能的利用开辟了更广阔的前景。     

生物质催化气化实验研究

在常压流化床上进行了生物质在水蒸气条件下的实验研究。实验装置主体由常压流化床反应器和固定床催化裂解反应器组合而成。生物质原料为木屑,焦油裂解催化剂分别选用煅烧白云石和镍基重整催化剂。实验结果表明,H2/CO(H/C)的摩尔比随着气化温度、水蒸气质量/生物质质量（S/B）的升高迅速增加,但催化裂解温度变化对H/C的影响较小。另外,在催化裂解反应器中使用催化剂种类不同,H/C也不同。本文采用两段催化裂解,一段催化剂采用煅烧白云石,二段采用镍基催化剂,焦油裂解率达到96.70％。采用两段催化裂解,不但可以提高焦油的裂解率,增加了H2和CO收率,净化生物质裂解气,而且可以防止镍基重整催化剂失活,延长其使用寿命。     

生物质气化技术及焦油裂解催化剂的研究进展

本文综述了国内外研究机构在生物质气化技术方面的研究进展,主要是对不同于传统气化炉结构的优化设计和对焦油催化裂解所用的催化剂的研究进行了评述,最后指出了进一步的研究与发展方向:如生物质气化反应器的模拟;焦油催化裂解反应机理的研究和动力学模型的建立。     

生物质气化焦油裂解催化剂研究进展

将生物质气化转化为气体燃料或化工合成气原料,是生物质清洁高效利用的有效途径之一,焦油是气化的副产物,影响产气品质和气化效率,催化剂对生物质催化气化及焦油裂解效果明显,得到广泛应用。综述了天然催化剂、无机盐催化剂及合成催化剂对生物质气化过程焦油催化裂解效果、反应条件、催化机理。进一步分析了不同催化剂的生物质催化气化性能及研究进展。同时指出对天然矿石催化剂进行改性或大力发展合成类催化剂对生物质气化焦油降解有着良好的前景。     

生物质气化焦油裂解用颗粒催化剂的再生性能

为开发适用于生物质气化焦油裂解的多孔白云石颗粒催化剂,以乙酸为生物质气化焦油的模型化合物,讨论了积炭对多孔白云石颗粒催化能力以及再生性能的影响。结果表明,在积炭率0～4.4%时,多孔白云石颗粒的催化能力随积炭率呈线性下降。当积炭率从0增加到4.4%时,颗粒的孔隙率从0.74 cm³·g^-1减小到0.48 cm³·g^-1,乙酸裂解率从99.3%降至32.3%。采用900 ℃和2 h焙烧法对积炭多孔白云石颗粒进行再生处理后,多孔白云石颗粒的强度基本不变,孔隙率增至0.55 cm³·g^-1。在再生多孔白云石颗粒上,乙酸裂解率达到99.5%。多孔白云石颗粒催化剂具有良好的再生性。     

生物质炭在焦油裂解脱除领域的研究进展

基于生物质焦油的组成特性、危害及其处理方法,简单介绍了生物质焦油催化裂解脱除的机理及近年来的研究进展,重点阐述了生物质炭对焦油的催化转化机理(主要涉及裂解、重整和缩合3种反应)、生物质炭对焦油的吸附和重整作用,以及在催化转化过程中,生物质炭的催化性能受原料、裂解温度、加热速率和停留时间等因素的影响.通过分析生物质炭改性...     

甲烷及水蒸气对生物质催化气化合成气和焦油的影响

以松木木屑为生物质原料,在两段式反应器上进行甲烷、水蒸气对生物质催化气化影响的实验研究,考察了甲烷与生物质之比α、水碳比S/C对气体产率、碳转化率、焦油产率、焦油组分和露点温度影响的变化规律。结果表明：α从0增加到0.4,合成气中H₂的产率增加了57.4%,甲烷的加入有利于生成富含氢气的合成气;α为0.2时碳转化率最高,为86.9%,焦油产率下降了30.5%,第二、五类焦油的产率达到最低,可见适量CH₄的添加能促进焦油的转化,特别是大分子焦油和酚类的反应。随着S/C的提高,H₂产率升高,CO产率降低;S/C从1增加到1.5,各类焦油的含量均有所降低,当S/C进一步增加到2时,第二、五类焦油含量却有所上升,说明水蒸气可以促进焦油向气体分子转化的反应,但过量的水蒸气抑制酚类和大分子焦油的分解。总之,甲烷和水蒸气的适量添加均可以提高合成气中H₂的含量,降低焦油产率,提高合成气的品质,有利于气化产物的进一步利用。     

Ni基生物质焦油重整催化剂的研究进展

Ni基催化剂对生物质气化过程中生成焦油的催化裂解重整具有较好的催化活性,但在催化反应中存在容易积炭进而失活的现象。如何提高Ni基催化剂的催化活性和抗积炭能力是Ni基催化剂研究中的难点。本文从催化剂的活性组分、载体和助催化剂3个方面入手,详细综述了近几年关于提高Ni基生物质焦油重整催化剂催化活性和抗积炭能力的研究进展,讨论了催化剂的活性组分、载体和助催化剂对催化剂催化活性的影响。指出Ni-Fe、Ni-Co、Ni-Cu催化剂均表现出比Ni基催化剂更好的催化活性,助剂的加入有利于提高吸附剂的抗积炭能力和抗烧结能力;催化剂载体方面,钙钛矿型混合金属氧化物载体、煤焦和生物质焦载体具有较好的研究前景。     

多孔镍/白云石颗粒对生物质气化焦油裂解的催化性能

通过添加镍的方法,改善多孔白云石颗粒对生物质气化焦油裂解的催化能力。采用配位沉淀法制备Ni/白云石粉末,再以Ni/白云石粉末为原料,制备多孔Ni/白云石颗粒。以苯为生物质气化焦油的模型成分,在Ni/白云石颗粒固定床对苯进行蒸汽重整,考察了多孔Ni/白云石颗粒制备过程中,焙烧温度和氧化镍含量等条件对其催化能力的影响。结果表明,多孔Ni/白云石颗粒的催化能力随焙烧温度和氧化镍含量而变化,在焙烧温度750 ℃和氧化镍质量分数13.5%的条件下,Ni/白云石颗粒上苯蒸汽重整的气体收率达到最大值83.0%。在焙烧温度（450～900） ℃和氧化镍质量分数0～22.5%时,积炭率基本保持在4.5%。900 ℃焙烧2 h,对积炭失活的多孔Ni/白云石颗粒进行再生,再生的多孔Ni/白云石颗粒对苯蒸汽重整的催化能力与新鲜多孔Ni/白云石颗粒相同。     

烘焙对生物质理化性质及气化特性的影响

生物质资源丰富廉价,因清洁可再生、碳中和等优点备受研究者的关注,但是其能量密度低、水分和氧含量高等缺点也限制了其规模化应用;另外,生物质直接气化产生的合成气热值较低,且会产生大量焦油。本文阐述了烘焙预处理对生物质燃料品质的提升以及对气化过程积极的调控作用。文章指出,生物质烘焙后,氧元素含量、H/C和O/C下降,固定碳含量和高位热值增加;可磨性和疏水性得以提高,在一定程度上弥补了烘焙过程的耗能。文中从微观角度对生物质燃料品质的提升进行了解释,并简述了微波烘焙的特点与优势。使用烘焙生物质气化,产生的合成气可燃成分高,且焦油产量有所下降。文章总结后续工作可以考虑从以下三个方面展开,即对“烘焙-利用”过程进行全生命周期评价、利用微波技术更准确地探索温度对烘焙效果的的影响机制、结合烘焙与焦油催化重整技术进一步降低焦油产量。     

二氧化碳等离子体处理生物质焦油

生物质气化过程中副产的焦油不仅有腐蚀设备、堵塞管道等危害,而且会降低生物质气化效率,传统的物理处理与热裂解处理方法存在诸多不足。本文基于旋转弧热等离子体反应装置,以二氧化碳作为等离子介质,选取苯及苯萘混合物作为生物质焦油的模型化合物进行了气化实验,实现了向合成气的高效转化(碳收率可达到90%以上),初步显示了该路线的可行性。进一步分析了真实生物质焦油的物质组成,考察了二氧化碳等离子体对焦油的气化性能,焦油内的水分可作为气化剂,调节合成气中H2/CO的比例(0.3～1)。上述结果为生物质焦油无害化、资源化利用技术的发展提供了新的思路。     

Treatment of biomass tar by CO2 plasma

The tar produced in the process of biomass gasification would not only corrode the pipelines and equipment, but also reduce the efficiency of biomass gasification. Traditional methods, such as physical treatment and thermal cracking, have deficiencies which severely restrict their application. This article achieved efficient transformation (carbon yield >90%) from benzene and naphthalene, regarded as model compounds of biomass tar, to syngas using CO₂ plasma on self-designed rotating arc plasma torch, proving the feasibility of CO₂ plasma treatment of biomass tar. Further analysis on the composition of practical biomass tar and the investigation of biomass tar gasification were carried out. Water content in biomass tar could be used as gasification agent and control the H₂/CO scale (0.3—1). The above results provide new ideas for the development of biomass tar harmlessness and resource utilization technology.