《微波作用下含炭催化劑深度脫除焦油機理研究》是依託華中師範大學，由吳正舜擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：微波作用下含炭催化劑深度脫除焦油機理研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：吳正舜
- 依託單位：華中師範大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
生物質氣化技術具有廣闊的發展前景，目前阻礙其推廣套用的主要是焦油問題。焦油的深度脫除有利於燃氣的高值化利用，是目前研究的熱點。本項目從解決焦油裂解催化劑積碳失活入手，提出了以微波加熱為主要手段提高含炭催化劑的活性、實現生物質氣化焦油深度脫除的新方法。利用微波加熱熱慣性小、降溫快的特點，探索焦油裂解過程中不同反應階段的焦炭物理化學特性的演變規律，並將焦炭催化活性和焦油裂解反應途徑與其直接關聯，從而揭示微波作用下焦炭催化焦油裂解的機理；通過實驗和理論模型計算，揭示微波誘導催化機理，同時探討焦油裂解過程和焦炭氣化過程的競爭關係及調控機制；根據含炭催化劑淨化生物質氣化氣的實際效果，揭示微波作用下混合催化劑的協同效應，分析評價混合催化劑的綜合性能，探索催化劑製備和使用的方法。本項目的研究有助於深入揭示焦油裂解催化劑的作用過程，也將為微波加熱技術在生物質能源領域的套用探索出一條新的途徑。
結題摘要
本項目從解決焦油裂解催化劑積碳失活入手，提出了以微波加熱為主要手段提高含炭催化劑的活性、實現生物質氣化焦油深度脫除的新方法。通過實驗和理論研究，取得了如下的研究結果： （1）搭建了微波加熱固定床焦油裂解實驗台架，根據微波加熱效果，對實驗參數進行了最佳化。製備了生物質焦炭，並對熱解焦炭的物理化學特性進行了分析，為後續焦油裂解實驗提供了催化劑和基礎數據。 （2）用製備的生物質炭作為固定床的填充料在自製的微波反應器上進行焦油模型化合物-甲苯、甲苯與萘、甲苯與苯酚的催化裂解實驗研究，研究結果發現：生物質炭對焦油模型化合物甲苯無明顯的催化裂解活性，即與常規加熱方式下同溫度的熱裂解相當；且實驗過程中發現微波發射功率隨溫度的升高而下降，焦油催化裂解使催化劑失活的原因是因為焦油裂解積碳導致，採用炭催化劑以及添加炭可減少焦油的積炭。 （3）研究生物質燃料中的纖維素、木質素熱解氣化時焦油組份與溫度的變化規律。實驗結果發現：纖維素熱解氣化時所產生的焦油組份中主要以酸、醛、酚、酮組份為主，且隨溫度的增加，焦油組份中是一個脫氧向萘及多環芳烴轉化的過程；而木質素熱解氣化時主要以苯、甲苯以及多環芳烴組份為主，且隨溫度的增加，甲苯向苯及多環芳烴轉化。並以穀殼與木粉氣化過程中產生的焦油為研究對象，研究了在不同溫度情況下的焦油組成變化情況，並考查了高溫下焦油自身熱裂解情況，為焦油催化裂解扣除自身熱裂解提供了對比實驗數據。 （4）針對生物質氣化過程產生的焦油，研製開發了一種以金屬鈷為活性物質的焦油裂解催化劑，該催化劑可以負載在CaO、MgO、木炭以及生物質熱解氣化灰上，當金屬鈷活性組份的含量為15%及以上時，在650℃以上時可以將生物質氣化過程中產生焦油完全催化裂解轉化為小分子氣體。 （5）開發出了一種整體式新型生物質氣化催化反應器，並對該反應器進行了相關的實驗研究。考查了有、無催化劑時對木粉氣化產生的燃氣中焦油的組份及其氣體組份的影響；當採用鈷基催化劑作為焦油裂解催化劑，裂解溫度為800℃，標態下體積空時為1.8s的情況下，燃氣中夾帶的焦油可完全被催化裂解，同時燃氣中的氣體成份氫含量可無催化劑時從15%提高到有催化劑時的35%，淨提高20%。同時也對使用前後的鈷基催化劑進行了XRD與SEM表征分析。
