生物质焦油模化物的热裂解ReaxFF模拟研究

实现热裂解过程中焦油的有效脱除是生物质热利用技术中亟待解决的问题。通过密度泛函理论研究生物质焦油3种典型模型化合物(甲苯、苯酚和萘)的分子结构性质,并基于ReaxFF反应力场对焦油模型化合物的热裂解过程进行分子动力学模拟研究,从分子层面对焦油热裂解的复杂反应过程进行深入研究。探索反应温度对热裂解特性的影响,详细研究甲苯、苯酚和萘的热裂解机理及中间自由基、气体产物的演化过程。结果表明:C—H键的Mayer键级小于C—C键,易于断裂,芳香环侧链结构中氢的Mulliken电荷数大,具有更强的活性;3种焦油模型化合物的热稳定性依次为:萘>苯酚>甲苯,其中苯酚具有高活性的含氧官能团,二次裂解易生成气体产物,而甲苯和萘二次裂解易生成稠环芳烃;甲苯、苯酚和萘的一级反应动力学热解表观活化能分别为314.03、362.39、396.74 kJ/mol。

镍基镁渣催化剂对生物质焦油模化物催化重整特性实验研究

采用湿浸渍法制备Ni/γ-Al_(2)O_(3)和Ni/MS(magnesium slag)催化剂,选择糠醛、甲苯、萘、芘作为生物质焦油的模化物,研究不同镍基催化剂对四类焦油模化物在固定床反应器内进行催化重整的重整特性。结果表明,Ni/MS催化剂在催化所有模化物的重整反应时,气相碳转化率和气体产率均明显高于Ni/γ-Al_(2)O_(3)催化剂。当水分子物质的量与碳原子物质的量之比为1.5时,糠醛的气相碳转化率达到最高值86.54%。X射线衍射(XRD)结果表明,Ni/MS催化剂上存在的多种固溶体(NiO-Fe_(2)O_(3)、NiO-MgO)形成了多种活性位点。

生物质焦油模型化合物脱除研究进展

生物质气化过程中形成的焦油不仅降低了生物质能的利用率,增加了系统的维护费用,而且严重影响了气化系统的长期稳定运行,如何高效脱除气化过程中的焦油成为研究者亟待解决的问题。由于生物质焦油的组成成分非常复杂,因此选择具有代表焦油组成特征的模型化合物进行研究具有重要的现实意义。本文从典型的焦油模型化合物的热解机理出发,从实验研究和理论计算两个方面综述了焦油模型化合物的脱除路径;以过渡金属催化剂为代表,概述其催化裂解焦油的反应机理;介绍了催化分解法中最新开发的催化剂以及等离子体法处理焦油的研究进展并总结了各自的特点;最后对未来高效脱除焦油技术前景进行了分析。

生物质气化再燃技术中焦油的利用

针对生物质气化再燃技术路线中焦油的价值及利用开展研究。通过热重-质谱联用仪分析典型农业废弃物在热解、气化过程中焦油组分的析出情况,并在管式流动实验台上研究焦油在生物质气化气还原NO中的作用以及焦油还原NO受当量比、温度等因素的影响规律,最后建立了甲苯还原NO的机制模型,并以停流动实验台的实验结果进行了验证。结果表明:苯、甲苯、苯乙烯和苯酚是具有代表性的焦油组分;焦油对生物质气化气还原NO有积极的作用;焦油组分还原NO存在最佳的当量比,并要求合适的温度窗口,需要关注聚合反应;甲苯还原NO机制(NO reduction by toluene,NRT)模型与实验结果拟合良好,模型的生成速率和消耗速率分析显示HCCO和C2H在焦油还原NO中具有重要作用。

生物质焦油模拟物重整制取富氢气体实验研究

以流化床作为反应器,进行生物质焦油模拟物(苯)催化重整制取富氢气体的实验研究,主要探究实验温度(780℃～900℃)、水蒸气/焦油模拟物质量比S/T(3.0～6.0)、床高(5.0 cm～20.0 cm)和床料(催化剂)对焦油模拟物重整制取富氢气体过程的影响。实验结果表明,焦油模拟物重整制取富氢气体的理想操作工况分别是温度为860℃～900℃,S/T值为5.0,床层高度为15.0 cm～20.0 cm;通过比较,在上述理想操作条件下,合成的碱土金属催化剂(20CaAl)具有较好的催化活性,而其改性后的SCaFeNiAl催化剂具有更好的活性。在SCaFeNiAl作用下,焦油模拟物重整过程的活化能为58.87 kJ/mol,指前因子为1.36×107 h-1,且获得较好的实验效果,H2体积分数为67.28%,H2产率为303.50 g/kg-tar,焦油模拟物转化率为95.93%,总气体产率为5.05 m3/kg-tar。

生物质焦油模化物蒸汽重整实验研究

生物质焦油是生物质热解和气化过程中不可避免的副产物,并且在生物质应用过程中存在有害的影响,因此对于生物质焦油转化的研究受到广泛的关注。本文在试制开发低流阻高强度的蒸汽重整整体式催化剂的基础上,以苯和甲苯作为焦油的模型化合物,在管式反应器上研究了该催化剂作用下,温度、蒸汽量对焦油催化转化以及裂解气体成分的影响;并实验研究了催化剂作用下温度和水碳摩尔比S/C对甲烷转化率的影响。实验发现,苯和甲苯的转化率都随温度的提高而升高。甲苯和苯在裂化温度900℃,S/C=2时整体式催化剂催化作用下转化率分别达到94.1%和77.1%;在600℃时实现了甲烷气体的高效转化;蒸汽量的增加有助于裂解气体成分的调整,同时也促进了消碳反应的进行。

基于铜基催化剂的苯催化氧化实验研究

基于响应面法设计制备了负载型铜基催化剂,并开展了低温下的苯催化氧化实验.研究了催化剂的煅烧温度、煅烧时间及活性组分浓度对其催化性能的影响.结果表明,在350℃条件下,Y1、Y2催化苯氧化的转化率Xc分别达到了90.3%及92%,与预测值吻合.反应温度从250℃到450℃的温度影响实验结果表明,随着反应温度增加,苯转化率提高,且Y2催化下的增幅大于Y1,450℃时最大转化率为95.7%.催化剂表征分析表明600℃煅烧6 h时形成Cu O晶体,可维持较高的比表面积;800℃煅烧时形成催化活性更强的铜铝尖晶石,但比表面积降低.

Ni-Mg/RHA催化剂催化水蒸气焦油模型化合物重整反应研究

以甲苯为生物质焦油模型化合物,以生物质燃烧产物稻壳灰为载体,采用共浸渍法制备Ni-Mg/RHA催化剂,研究Ni-Mg/RHA催化剂对甲苯水蒸气催化重整的性能。在固定床反应装置中考察了Ni和Mg的负载量、反应温度和水/碳(水和碳的质量比,简称为水/碳或S/C)对甲苯转化率和气体产物组分的影响,采用XRD、BET、SEM等方法对反应前后催化剂进行表征分析。结果显示,稻壳灰(rice husk ash,RHA)作为单金属Ni基催化剂的载体具有一定的催化活性;负载MgO后,MgO改善了Ni/RHA催化剂中活性金属Ni的分散度,与NiO相互结合形成NiMgO固溶体活性中心,显著提升了Ni/RHA催化剂的催化活性和抗积炭能力,Mg负载为6%时性能最佳,甲苯转化率高达98.6%;3Ni-6Mg/RHA催化剂的最佳反应温度为700℃,S/C为3,具有良好催化稳定性。研究结果表明,在MgO存在的情况下,稻壳灰可作为镍基催化剂载体。

催化生物质焦油模型化合物热解规律的研究

为进一步开发可再生能源,探究了生物质焦油的催化转化路径。试验以分子筛为载体制备了Ni基分子筛催化剂,对生物质焦油相关模型化合物进行催化热解研究,考察了不同催化剂以及热解温度的影响。结果表明,Ni的负载很大程度上提高了催化剂的催化活性,促进了催化反应向气体产物方向进行;随着助剂金属Ca,Co的二次负载,金属间的相互作用进一步提高了催化剂的机械强度和反应稳定性。通过对热解温度的研究,发现随着温度升高,模型物转化率和热解气产率显著提高,高温促进了催化剂与模型物间的氢转移反应。各模型化合物在Ni-CaCo/HZSM-5的催化作用下,均可以从大分子有机物转化为小分子气体,其转化率可以达到90%以上。研究旨在为进一步深入研究焦油的催化转化奠定基础。