《多活性位焦炭動態催化裂解生物質焦油的反應機理研究》是依託哈爾濱工業大學，由趙義軍擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：多活性位焦炭動態催化裂解生物質焦油的反應機理研究
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：趙義軍
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
生物質焦油是生物質燃氣高效利用工藝發展的瓶頸，催化裂解是消除焦油的有效途徑。生物質焦炭作為焦油裂解的催化劑因其價格低廉、不易失活、催化效果好等優點受到國內外學者的廣泛關注。目前關於焦炭催化裂解生物質焦油的研究都集中在催化工藝條件和催化性能等方面，在焦炭催化裂解生物質焦油機理方面研究甚少。本項目以催化原理為背景，基於焦炭表面的活性位表征，研究不同活性位的選擇性和焦油分子的反應路徑，以及焦炭中酸（鹼）量和酸（鹼）強度對生物質焦油催化裂解反應的影響規律，從催化劑的本質揭示焦炭催化裂解生物質焦油的機理，為建立焦炭用於催化裂解生物質焦油的改性方法提供理論依據。本項目採用兩級攜帶流反應器研究焦炭與焦油分子之間的氣固反應，對動態催化反應過程中進行固體取樣分析，彌補了國內外關於真實條件下焦炭催化裂解生物質焦油反應過程中焦炭顆粒演變規律的空白。
結題摘要
焦油問題是生物質/煤氣化面臨的主要挑戰之一。生物質的熱解/氣化焦炭以其廉價易得且可回收利用的特點，是一種極具工業化套用潛力的焦油裂解催化劑。焦炭與焦油的互動反應是現有氣化技術中普遍存在的現象。本文利用攜帶流反應器、流化床反應器、雙層流化床/固定床反應器、Py-GC/MS等試驗裝置，研究了生物質熱解/氣化焦炭微觀理化結構、AAEM元素含量及賦存形態、AAEM元素對氣化焦結構的影響、熱解全焦油形成機理、焦炭對焦油模型化合物的脫除以及焦炭對真實焦油的催化情況。 生物質木屑熱解焦炭孔徑分布在1×102-1×104 nm範圍分布廣泛，500-700℃呈上升趨勢，700-900℃依次降低。500-900℃隨溫度增加，孔隙率依次增加，比表面積先增大後減小。焦炭顆粒由纖維狀，經多孔狀，逐漸向熔融狀顆粒變化，且700-900℃下多孔狀顆粒孔壁尖端熔融處出現了Ca元素的明顯富集。熱解溫度的升高焦炭所含C=C的芳香結構增多，出現了小芳香環到大芳香環的轉變，500-700℃交聯反應使芳香甲基C-C結構形成，700-900℃伴隨著羧基的脫落。隨溫度的升高，C-O含量發生明顯降低， C=O、O=C-O變化較小，AAEM元素在焦炭中由內而外的遷移主要以C-O鍵為載體完成的。焦炭表面AAEM元素含量呈現富K少Na，多Ca少Mg的分布特點，在焦炭中總的AAEM元素百分含量明顯增多，在焦炭表面Mg、Na元素含量基本不變，K、Ca元素含量增多。500-900℃內揮發分集中在中前期析出， AAEM的析出更多集中在中後期，熱解反應過程中K、Na以水溶態為主要賦存與析出形態，而Ca、Mg的遷移係數過程則以有機態為主。500~900℃內隨溫度的升高，大分子焦油成分減少，轉化為輕質組分。AAEM元素限制了焦油前驅體的聚合，抑制了含氧雜環類碳環（糠醛等）的生成。稻殼的熱解焦油的分子量主要分布在110-129內。木屑快速熱解焦油產率明顯高於稻殼，且熱解焦油中分子量分布廣泛，含有更多較大分子量（150-209）的化合物成分。酸洗脫除AAEM元素沒有對木屑熱解焦油產生太大影響。在800℃條件下，焦油模型化合物的均相轉化強度明顯高於異相脫除，該過程中K元素的催化作用明顯高於Ca元素。400-600℃焦油中小分子受熱裂解的影響比較弱，焦炭的催化裂解作用占主導。當溫度高於600℃時焦油中小分子受熱裂解的影響明顯。
