生物質微波熱解定向轉化合成氣的基礎研究

《生物質微波熱解定向轉化合成氣的基礎研究》是依託山東大學，由宋占龍擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：生物質微波熱解定向轉化合成氣的基礎研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：宋占龍
• 依託單位：山東大學

中文摘要

合成氣作為一種廣泛套用的化工原料和燃料主要由常規化石能源轉化而來，在能源危機和環境保護的雙重壓力下，開展以合成氣為目標產物的生物質熱解的研究有重要現實意義。與常規熱解相比，生物質微波熱解有更高的合成氣產率，套用前景廣闊，但目前系統研究較少，反應機理有待深入探索。本項目首次將熱分析方法引入微波熱解實驗，在微波熱重綜合實驗系統上進行以製取富含合成氣的熱解氣為目標的生物質熱解實驗並對反應動力學特性進行研究；鑒於熱解氣中含有大量的焦油以及CO2、CH4和水蒸氣，在微波二次反應裝置上進行熱解氣體（含焦油）的重整實驗，闡明微波輻射下熱解氣中焦油的二次反應特性以及CO2、CH4和水蒸氣重整製取合成氣的反應機理，探索適合生物質微波熱解轉化合成氣的催化劑類型以及金屬催化劑微波活化再生的可行性，揭示生物質在微波輻射下定向轉化合成氣的反應規律和轉化途徑，為生物質到合成氣的高效轉化利用奠定基礎。

結題摘要

本項目首次將熱分析方法引入微波熱解實驗，建設了可進行線上測重的生物質微波熱解系統，據此可根據熱分析的相關理論對反應過程及機理進行定量描述。實驗考察了生物質在微波加熱過程中的升溫及失重特性以及不同反應條件下生物質熱解產物分布情況，實驗結果也證實了該方法的有效性和實用性。 對微波輻照條件下生物質焦催化CO2重整CH4進行了系統研究。考察了不同生物質焦的催化活性，全面研究了不同反應條件對反應氣轉化率、出口氣體中合成氣比例以及合成氣氫碳比的影響，並且對CH4裂解、CO2重整CH4和CO2氣化反應特性進行了綜合比較。結果表明，增加微波功率、加大CO2與CH4摩爾比以及降低空速均利於反應氣向合成氣轉化。H2與CO比值隨微波功率的增加而升高，而提高CO2與CH4摩爾比和降低空速均可導致H2與CO比值的下降。 為了考察水蒸汽的引入對重整反應的影響，開展了CO2/H2O聯合重整CH4的試驗研究。研究發現，引入適當比例的水蒸汽不僅強化了反應氣的轉化，而且可以有效提升合成氣氫碳比。增加微波功率、加大CO2與CH4摩爾比以及降低空速均促進了反應氣轉化，而且改變上述參數更容易引起CH4轉化率的變化。聯合重整反應中CH4轉化率明顯高於重整反應，聯合重整反應前期CO2轉化率高於重整反應，後期兩者較為接近。 以甲苯和苯作為焦油模型化合物，開展了微波輻照條件下的裂解試驗。結果發現增加微波功率可促進甲苯和苯的裂解，H2含量最高可達91.3-96vol%。引入CO2與焦油發生重整反應，可提高焦油的轉化率以及合成氣收率，而且有利於消除積炭。 上述研究結果，基本實現了預期目標，回答了生物質定向轉化合成氣的幾個關鍵問題，為該工藝的後續完善提供了重要參考。已發表SCI/EI論文10篇，培養博士生和碩士生各2名。