《生物質氣化過程中鹼（土）金屬的多相催化機制研究》是依託華中科技大學，由江龍擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：生物質氣化過程中鹼（土）金屬的多相催化機制研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：江龍
- 依託單位：華中科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
生物質氣化技術是生物質能的高效轉化技術之一，它作為可再生能源技術發展的重要方向，是當前研究的熱點。針對生物質氣化過程中鹼金屬/鹼土金屬（AAEMs）的相關問題，本課題著眼於農業生物質的內在AAEMs成分，基於內在AAEMs的遷移分配特性及賦存形態，探討AAEMs參與氣化反應的均相/異相催化作用，通過試驗詳細考察內在AAEMs在焦—氣化劑異相反應、以及揮發分—氣化劑均相反應中的催化行為及機理，同時確定均相催化和異相催化的相互影響機制，建立考慮AAEMs均相/異相催化反應的總包氣化模型。本課題的研究成果可為生物質氣化爐的設計與最佳化提供重要的理論依據。
結題摘要
本項目開展了生物質氣化過程中鹼（土）金屬的多相催化機制研究。項目團隊首先研究了生物質氣化過程中不同形態鹼（土）金屬釋放規律，結論表明鹼金屬主要以水溶相為主，鹼土金屬主要以離子交換相和酸溶相為主。氣化溫度從500oC升至900oC，鹼金屬釋放從12~17%增加到50~58%，鹼土金屬釋放從11~14%增加到33~40%，且鹼（土）金屬釋放主要集中在氣化的初始熱裂解階段。團隊隨後研究了鹼金屬參與生物質水蒸氣氣化的均相/異相催化機制，結論表明鹼金屬可以活化水蒸氣，促進水煤氣轉換反應的發生，同時促進水蒸氣與焦油大分子的進一步重整，減少焦油產量。鹼金屬對左旋葡聚糖生成的抑制作用主要發生在一次熱裂解反應過程中，而對左旋葡聚糖的二次熱裂解或水蒸氣重整促進作用不明顯。鹼金屬顯著地參與水蒸氣-揮發分均相重整反應，促進了水煤氣轉換反應和焦油重整等均相反應，它同樣參與異相半焦-水蒸氣重整反應，促進異相焦氣化反應，且溫度越高，其促進作用越明顯。團隊同時開展了生物焦油催化重整制氫及聯合生產碳納米管的拓展研究，提出利用生物焦油作為碳源，在鎳基催化劑作用下製備富氫氣體和高品位碳納米管的新方法。研究發現催化劑表面形成積碳分無定形碳和石墨型積碳（碳納米管）兩種類型。碳納米管不同的生長機制對催化劑的重整反應活性具有不同的影響，Ni/α-Al2O3上碳納米管生長遵循頂端生長機理，鎳顆粒位於碳納米管的頂端或附著在碳納米管的表面，提高了鎳分散度和表面鎳含量，最終提高催化劑反應活性。團隊最後開展了負載鹼（土）金屬的生物質熱解/氣化反應動力學及反應模型研究，計算獲得了相應的反應動力學參數。通過對比擬合常用氣固反應模型發現，Ginstling-Broushtein三維擴散模型適用於穀殼半焦氣化反應。
