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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
下 载: 36次
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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。

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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