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杉木屑热解气相产物的金属/炭催化裂解的研究
作 者: 肖志良
导 师: 左宋林
学 校: 南京林业大学
专 业: 林产化学加工工程
关键词: 催化裂解 木炭 液体产物 气体产物 金属/炭催化剂 Ni/活性炭催化剂
分类号: TQ352.4
类 型: 硕士论文
年 份: 2012年
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内容摘要
以杉木屑为原料,采用立式两段固定床反应器,其中下段炉用于杉木屑的热解,上段炉用于焦油的催化裂解,通过控制下段杉木屑的热解温度和上段的裂解温度,研究了在负载了Ni、Fe、K、Ca和Mg等的一种或多种金属的炭基催化剂下,植物纤维原料热解小分子产物的催化裂解变化规律,对比分析出不同种金属催化剂种类的对生物质催化裂解的影响。采用气相色谱在线分析裂解气体产物组分,使用气质联用技术分析冷却收集到的裂解液体产物组分,并采用XRD等手段对金属/炭催化剂的结构进行了分析表征。结果表明:杉木热分解小分子产物,醇、醛、酮、酸以及愈创木酚类等含氧化合物,经过高温金属/炭基催化剂层后,裂解生成了富氢气体。其中,镍/炭催化剂的催化效果最好,产气中的H2含量最高,CO2、CO和CH4相对H2含量要少很多。K/炭、Ca/炭催化裂解也得到了较高含量的H2,CH4也得到了较大程度裂解;但是得到CO2、CO和CH4含量相对要多。Fe/炭催化剂也到了较高含量的H2,但是CO2、CH4的含量明显要比前三种催化剂来得高。Mg/炭裂解得到的H2、CO和CH4含量很低,气体组分主要为CO2。催化剂影响着液体产物组分的分布, Ni/炭催化剂不仅对CH4被很大程度裂解,而且对焦油的轻质和重质组分都有很好的催化作用。K/炭和Ca/炭催化剂对小分子产物中的重质组分具有较好的催化裂解效果,但是生成了较多的焦炭和水分。Fe/炭催化剂对焦油的轻质组分具有较好的催化裂解效果。但Mg/炭催化剂未见明显的催化效果。另外,Ni-Fe/木炭的催化效果没有Ni/炭催化剂的好。另外,Ni金属负载在800oC炭化的木炭,在800oC催化热裂解温度下催化效果达到最佳,焦油基本被热裂解为气体组分,但是Ni/炭的使用寿命短。通过Ni和Fe制备复合金属/炭催化剂,研究表明其催化效果并没有得到明显的提高;当Ni金属负载在椰壳活性炭,研究其在800oC催化热裂解温度下的情况,结果表明其具有很好的催化效果,焦油基本被热裂解为气体组分,并且具有很长的使用寿命。
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全文目录
致谢 3-4 摘要 4-5 Abstract 5-8 第一章 绪论 8-22 1.1 生物质能利用的意义 8-9 1.2 生物质能利用技术简介 9-10 1.3 生物质气化技术 10-14 1.3.1 气化介质 10-13 1.3.1.1 空气气化 12 1.3.1.2 富氧气化 12 1.3.1.3 水蒸气气化 12-13 1.3.1.4 空气-水蒸气气化 13 1.3.1.5 富氧-水蒸气气化 13 1.3.2 影响气化的几个因素 13-14 1.3.2.1 温度的影响 13-14 1.3.2.2 ER 的影响 14 1.3.2.3 S/B 的影响 14 1.3.2.4 粒度的影响 14 1.4 生物质热解技术 14-18 1.4.1 热解原理 14-15 1.4.2 热解过程 15-16 1.4.3 热解产物 16-18 1.4.3.1 生物质炭 16 1.4.3.2 热解气 16 1.4.3.3 焦油 16-18 1.5 国内外生物质热解气化使用催化剂的情况 18-20 1.5.1 白云石催化剂 19 1.5.2 氧化钙催化剂 19 1.5.3 沸石类催化剂 19 1.5.4 Ni 或 Fe 基催化剂 19-20 1.5.5 木炭催化剂 20 1.6 课题研究目的和意义 20-21 1.6.1 课题研究目的和意义 20-21 1.6.2 课题的研究主要内容 21 1.7 本论文的主要创新点 21-22 第二章 炭的催化裂解 22-40 2.1 引言 22 2.2 实验部分 22-26 2.2.1 实验样品 22-23 2.2.2 实验装置与原料的热裂解 23-25 2.2.3 分析与表征 25-26 2.2.3.1 气体产物的分析 25 2.2.3.2 液体产物的分析 25-26 2.2.3.3 催化剂的表征 26 2.3 结果分析与讨论 26-40 2.3.1 未添加催化剂的杉木屑热裂解 26-28 2.3.1.1 裂解温度对杉木热解产物产率的影响 26 2.3.1.2 裂解温度对杉木热裂解气组分的影响 26-28 2.3.2 木炭催化剂对杉木屑热裂解产物得率及气体产物组分的影响 28-40 2.3.2.1 裂解温度对杉木热解产物得率的影响 28 2.3.2.2 裂解温度对杉木热裂解气体产物组分的影响 28-33 2.3.2.3 木炭裂解催化剂对杉木屑热裂解液体产物组分的影响 33-40 第三章 金属/炭的催化裂解 40-59 3.1 实验 40 3.2 结果与分析 40-59 3.2.1 金属/炭催化剂的 XRD 分析 40-43 3.2.2 金属/炭催化剂对热裂解产物得率的影响 43-45 3.2.3 金属/炭催化剂对气体产物组分的影响 45-55 3.2.4 金属/炭裂解催化剂对液体产物组分的影响 55-59 第四章 复合金属/炭催化剂的催化裂解 59-63 4.1 引言 59 4.2 实验部分 59 4.3 结果与讨论 59-63 4.3.1 Ni 金属/炭催化剂对热裂解产物得率的影响 59-60 4.3.2 Ni 金属/炭催化剂对气体产物组分的影响 60-61 4.3.3 Ni-Fe 复合金属/炭催化剂对热裂解产物得率的影响 61-62 4.3.4 Ni-Fe 复合金属/炭催化剂对气体产物组分的影响 62-63 第五章 NI/活性炭催化剂催化裂解 63-71 5.1 引言 63 5.2 实验部分 63 5.3 结果分析与讨论 63-71 5.3.1 Ni/活性炭催化剂的 XRD 分析 63-64 5.3.2 Ni/活性炭催化剂对热裂解产物得率的影响 64-65 5.3.3 Ni/活性炭催化剂对气体产物组分的影响 65-70 5.3.4 催化剂质量的变化 70-71 第六章 结论 71-72 参考文献 72-76 攻读硕士期间参与的科研项目与发表的相关论文 76
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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 纤维素质的化学加工工业 > 纤维素化学加工工业 > 纤维素原料
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