膨润土褐铁矿改性白云石催化松木棒气化工艺优化

针对白云石催化剂在生物质催化气化过程中易碎、易产生积碳失活问题,为提高其催化活性、抗积碳和再生性能,采用固定床下吸式气化炉试验系统,以Fe-Dol-Ben(膨润土/褐铁矿改性白云石)为催化剂,松木屑废料经成型为棒状颗粒为原料,进行高温水蒸气催化气化试验。研究气化温度(700～1000℃)、铁含量(质量分数为5%～20%)以及催化剂使用次数(1～4)等因素对松木棒催化气化性能及催化剂表面积碳影响。试验结果表明,水蒸气和松木棒的质量比(气料比)为1,催化剂的铁质量分数为15%,气化温度为900℃时气化气中氢气的体积分数达到最大值58.38%,Fe-Dol-Ben催化剂积碳量随气化温度升高逐渐减小,试验区间内1 000℃时达到最小值,较700℃减少了80%。气化气中氢气的体积分数随铁含量增加呈先增加后降低的趋势,积碳量呈先降低后增加,在铁质量分数为15%催化效果较好。Fe-Dol-Ben催化剂较相同条件下分别用膨润土及改性前白云石催化时积碳量分别减少了80.6%和53.6%。对催化剂进行再生再利用试验表明,使用后的Fe-Dol-Ben催化剂进行700℃煅烧再生后,其晶相与催化前基本相同,将其多次再生循环利用,随着使用次数的增加气化气中氢气的体积分数逐渐降低,催化剂的积碳量逐渐增大,使用4次并用于催化气化时氢气的体积分数仍接近50%,保持较好催化效果。综合气化效果、积碳量及经济性因素,Fe-Dol-Ben铁质量分数为15%,气化温度选取900℃为较理想工况。该研究可为改性白云石Fe-Dol-Ben催化剂的研制及生物质高温水蒸汽催化气化技术提供参考。     

生物质Fe-Ce/白云石催化剂催化气化试验研究

采用浸渍法制备了Fe-Ce/白云石催化剂，运用SEM和XRD检测对催化剂进行了表征，在自行搭建的固定床气化炉试验台上进行高温水蒸气催化气化试验，研究了助剂含量、气化温度等因素对松木棒水蒸气气化特性的影响，以及催化剂使用次数对气体组分和催化剂积碳沉积的影响。试验结果表明，助剂Fe和Ce能够很好地负载于白云石上，助剂负载量为8%Fe-2%Ce的催化剂气化效果较好。用该催化剂进行不同温度的松木棒水蒸气气化试验，温度从750℃升高至950℃，产气率、产氢率分别由750℃的1.05m3/kg和31.67g/kg提高到900℃的1.56m3/kg和65.39g/kg，与无催化剂的气化试验相比，900℃的产气率、产氢率分别增加了0.15m3/kg和16.27g/kg，氢气体积分数由39.02%升高至46.95%。在800℃时对催化剂进行重复利用3次气化试验，氢气体积分数由第1次的40.34%降低至第2次的38.97%和第3次的34.95%，积碳量由第1次的21.55mg/g升至第3次的31.61mg/g，催化活性降低。     

基于载La半焦基催化的松木热解试验

采用浸渍法,以松木热解半焦为载体,制备了载La半焦基催化剂,利用自行设计的两段式生物质催化热解固定床反应系统进行松木燃料棒催化热解试验,研究不同重整温度下载La半焦基催化剂对生物质热解气、焦油、焦炭三相产物的影响规律。通过气体组分的变化、焦油FTIR谱图的变化以及催化剂SEM、XRD表征特性测试,探讨载La半焦基催化剂对生物质热解催化重整效果随温度的变化规律,并与无催化剂和以半焦为催化剂的催化性能进行对比。试验表明:催化重整温度为800℃、La负载量为6%时,半焦基催化剂性能较好,经载La半焦基催化剂催化重整后,松木热解气最高产率达到531 g/kg,焦油生成量最少,为90 g/kg;H2体积分数由650℃时的20.42%升高至850℃时的32.66%,相较于无催化剂和半焦催化剂条件,载La半焦基催化剂在800℃时H2体积分数明显高于无催化剂时的16.77%和以半焦为催化剂时的20.06%;焦油生成量降低趋势明显;经催化重整后,催化剂存在金属元素的团聚现象,活性组分La2O2CO3和La转化为La2O3,伴随着积碳、积灰堵塞催化剂表面部分孔道,催化活性有所减弱。研究表明,载La半焦基催化剂表现出较好的松木催化热解性能。