基于白云石负载铁铈催化剂生物质催化气化实验研究

来源 :内蒙古科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhangfuliangez
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由温室效应引起的气候变化对人类和其它物种构成巨大威胁。一些人为活动(如燃烧化石燃料用于发电)产生的温室气体是导致气候变化的主要因素,为缓解此类情况,这就需要从常规发电向可再生能源发电方向发展,例如太阳能光伏、风能、水力和生物质能发电。生物质能的利用相对于其它可再生能源具有一定优势,因为它较少依赖于位置和气候,并且生物质易于存储和运输。此外,生物质的资源非常丰富、分布均匀且广泛,是仅次于石油、煤炭和天然气的世界第四大能源。目前,欠发达国家的农村地区仍依靠生物质来进行烹饪和取暖等活动,此外,废物生物质通常更容易获得并且可以和低成本燃料一样有用,这使其成为一种可行且有希望的能源。发达国家也将生物质能作为一种可持续的能源选择,因为与化石燃料相比,生物质丰富且对环境的影响较小。生物质气化是一种广泛使用的热化学方法,用于获得比原材料本身具有更多价值和潜在应用的产品,其产品品质优劣主要取决于原料、气化剂、反应器内部的温度以及催化剂等因素。由于日益严重的环境问题使生物质气化技术在世界范围内越来越受到关注。为加强对生物质气化的研究,本文以废弃的松木屑为原料,以水蒸气为气化剂,以白云石为载体制备的Fe-Ce/Dol为催化剂,在自行搭建的两段式固定床反应器中进行松木棒水蒸气催化气化实验,来探究催化剂催化性能以及优化实验参数来提高生物质产品气的品质。一、对白云石进行煅烧预处理,煅烧后的白云石与煅烧前的天然白云石相比,表面颜色由青灰色变成黄白色,主要化学成分由CaMg(CO32碳酸盐晶体分解成了CaO和MgO。表面结构也发生了变化,煅烧后的白云石与天然白云石对比,比表面积由1.366m2/g增大到了8.563m2/g,孔容积由0.007cm3/g增大到了0.098cm3/g,更适合作为催化剂载体。并在实验条件下比较了不同煅烧温度(700℃、800℃、900℃)下白云石的催化活性,煅烧温度为900℃下的白云石催化活性较其它温度最好。二、以煅烧的白云石为载体,采用浸渍法制备Fe-Ce/Dol(白云石)催化剂,用SEM、XRD等手段进行催化剂表征,对比催化剂负载前后结构及形貌可看出,助剂能良好的负载于白云石上。并讨论了不同助剂负载量的Fe-Ce/Dol催化剂的催化性能,得到Fe-Ce/Dol(8%Fe-2%Ce)催化剂具有较高的催化性能,达到了最高的产气率与产氢率,分别为1.28m3/kg与46.24g/kg,氢气的体积分数达到了40.34%。对此催化剂重复利用,随着使用次数的增加,氢气的体积分数由第一次的40.34%降低到第二次的38.97%和第三次的34.95%,催化活性逐渐降低。对比催化剂反应前后形貌可看出催化剂表面积碳量逐渐增多(积碳量由第一次的21.55mg/g增加到第三次的31.61mg/g)且烧结严重,降低了催化活性。三、以松木棒为生物质原料,以水蒸气为气化剂,以Fe-Ce/Dol(8%Fe-2%Ce)为催化剂,在自行搭建的两段式固定床反应器上进行生物质水蒸气催化气化实验,探讨了水蒸气流量、有无催化剂、气化温度以及催化温度等实验参数对生物质气化效果的影响。得到了生物质水蒸气催化气化实验最优条件:水蒸气流量为1g/min、气化温度为900℃、催化温度为800850℃。此时产气率为1.58m3/kg、产氢率为67.83 g/kg,氢气的体积分数为46.95%。本文意义在于提高了白云石催化剂的机械强度,综合考虑后得到了实验条件下最佳气化条件,为以后生物质气化提供参考。
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