生物质热解焦油的热裂解与催化裂解

生物质气化过程中产生的焦油对气化系统和用气设备都有极大的危害。为了开发适合于商业应用的焦油缩减方法,探索达到最优焦油脱除效果的操作条件,在固定床反应器上,利用石灰石、白云石、高铝砖作为催化剂研究了生物质(稻秆、稻壳、木屑等)热解焦油的催化裂解反应,利用炭化硅作为热载体研究了焦油的热裂解反应,对热解煤气中焦油含量的变化以及热解煤气组成和热值的变化进行了比较,并对裂解温度、气相停留时间等因素对裂解效果的影响进行了探讨。实验发现,600-900℃范围内ηtar随裂解温度升高而升高,900℃时热裂解条件下可达60％,而催化裂解条件下可达90％以上。0．5～1s范围内,ηtar随停留时间增加而升高,幅度约7％～10％。相比于原始煤气,裂解后煤气组成出现了较大变化,热裂解后煤气热值增加,而催化裂解后煤气热值下降,且热裂解与催化裂解处理后煤气组成也有较大差异。     

半焦催化裂解煤焦油试验研究

为了提高褐煤热解制得半焦对焦油的催化裂解效果,采用煤热解制备的半焦催化裂解煤热解过程中产生的煤焦油。采用两段式固定床反应器,在反应器上段放置煤样热解,下段放置半焦催化剂催化裂解上段产生的焦油。研究了制焦温度、半焦用量、经O_2活化后半焦对焦油催化裂解效果的影响。结果表明,增加褐煤的制焦温度,焦油产率明显下降,褐煤900℃制备的活化半焦1 g时的焦油产率仅6.3%,提高半焦制焦温度有利于焦油中的大分子芳香类物质催化裂解成少环物质和小分子气体组分;增加半焦用量对焦油脱除效果作用不明显,焦油产率缓慢减少。与未活化半焦相比,O_2活化后的半焦对焦油的脱除效果更好。半焦的比表面积及孔隙分析(BET)表明,活化后半焦的比表面积更大,且孔隙更丰富;能谱分析(EDS)发现,活化后半焦表面金属元素总量高于未活化半焦。     

生物质热解气在高温煤焦层中裂解特性研究

在小型两段式固定床反应器中,对生物质热解气在高温煤焦层中的裂解反应特性进行了研究,重点考察了两段式热解中裂解温度、停留时间及煤焦特性对焦油裂解率、气体产率及成分的影响.结果表明,增加气体停留时间及裂解温度,都有利于促进生物质气中焦油裂解和气体产率提高.裂解温度对气体产率、组分及焦油裂解率影响更明显,高温促进H2和CO的生成,1000℃时H2和CO的含量达到94.51%.当生物质热解气在煤焦中停留时间达到1.41s后,气体中各组分变化趋于缓慢;不同热解条件所制得的煤焦对生物质气中焦油裂解效果不同,较低制焦温度和较短热解时间都有利于增加煤焦的反应活性,促进焦油分解为可燃气体.     

生物质催化裂解制合成气的研究

以锯屑为原料,使用自制的镍基催化剂,在固定床装置上进行了催化裂解实验,并对裂解产物及其成分进行了分析.结果表明:随着温度的升高,焦油和焦炭产率减少,产气量明显升高,同时气体中CO和H2含量增加;和同温度下热解相比,镍基催化剂显著地促进了焦油的深度裂解,且有效地提高了产品气的品质.     

煤热解气相焦油原位催化裂解提质研究进展

煤热解是实现低阶煤分质高效利用的重要途径之一。煤热解气相焦油原位催化裂解实现焦油的轻质化,在近几年得到了较广泛的关注和研究。本文从煤热解气相焦油催化裂解提质工艺的优势、催化剂和反应器等方面对近几年的研究进展进行了综述,分析了金属氧化物、炭材料、碳基负载型催化剂、分子筛、分子筛负载型催化剂以及其它负载型催化剂,在煤热解气相焦油催化裂解提质过程中的性能、影响因素及机理,对比分析了不同反应器的性能特点和优缺点,对未来的研究重点进行了分析和展望。     

半焦基催化剂裂解煤热解产物提高油气品质

利用上段热解下段催化的两段固定床反应器,针对府谷煤研究了半焦和半焦负载Co催化剂对煤热解产物的催化裂解效果。结果表明,半焦和半焦负载钴对热解产物催化裂解后,热解气收率增加,焦油收率降低,但焦油中沸点低于360℃的轻质组分含量提高,轻质焦油收率基本保持不变或略有增加。与煤在600℃直接热解相比,在热解和催化温度均为600℃,采用煤样质量20%的半焦为催化剂时焦油中轻质组分质量含量提高了约25%,轻质组分收率基本不变,热解气体积收率增加了31.2%;在热解温度600℃,催化温度500℃时,采用煤样质量5%的半焦负载钴催化剂,焦油中轻质组分质量收率和含量分别提高了约8.8%和28.8%,热解气体积收率增加了21.5%。煤热解产物的二次催化裂解的总体效果是将焦油中重质组分转化为轻质焦油和热解气。     

热解和气化过程中焦油裂解的研究

介绍了在热解、气化过程中关于焦油裂解的研究,讨论了温度、压力、气氛、停留时间和加热速率对焦油裂解的影响．同时讨论了氧化钙对焦油裂解的影响,并对不同催化剂的催化剂活性进行了比较．     

煤快速热解过程中氧化钙对焦油裂解的影响

为降低煤在热解、气化过程中的焦油产量 ,在一快速热解固定床反应器中考察了氧化钙催化剂的加入对焦油裂解反应的影响 ,研究结果表明 :在相同反应条件下 ,所选三种氧化钙催化剂中以 Ca O- 3的焦油裂解活性为最大 ,它们的焦油裂解活性顺序为 :Ca O- 3>Ca O- 2 >Ca O- 1 .并进一步考察了 Ca O- 3在不同反应温度下对焦油裂解反应的影响     

废塑料裂解制燃料的研究进展

介绍了废塑料裂解制燃料的4种方式:热裂解、催化裂解、热解-催化改质和催化热解-催化改质,分析比较了它们各自的优缺点,认为催化技术是制约该领域发展的关键因素.重点阐述了废塑料裂解催化剂和裂解产物改质催化剂在国内外的一些研究进展,对进一步研究和开发废塑料裂解制燃料催化剂提出了一些建议.     

秸秆热解-页岩灰催化裂解生产低焦油生物合成气

为从高粱秸秆生产高品质、低焦油含量生物合成气,基于其单段热解特性研究,借助两段式固定床反应器实施两段热解（热解+裂解）,同时考察页岩灰对热解挥发分的催化裂解效果。结果表明：相对单段热解,两段热解强化了水蒸气与挥发分（尤其是与热解气）的交互;提高裂解温度促进焦油裂解和重整,便利了热解气的生成,同时提高合成气（H₂+CO）的产率和H₂/CO体积比;裂解中加入页岩灰显著促进生物焦油气化,大幅降低气体产物焦油含量：裂解温度适中（约850℃）时（450℃热解）,热解气产率超过40%（质量）,焦油产率低于1.0%（质量）,合成气产量约186 ml·g^-1、体积分数高达64%,且H₂/CO比超过0.5。页岩灰便利H₂的生成,主要源于其铁组分对水气变换的催化作用。     

流化床稀相段对焦油裂解的影响

为降低煤在热解过程中的焦油产率 ,在一流化床稀相段考察了温度和停留时间对焦油裂解的影响 .结果表明 :焦油转化率随着温度和停留时间的增加而明显提高 ,但其增长幅度却逐渐变小 ,说明继续升高温度和停留时间对降低焦油产率的作用在逐渐减小 .同时温度或停留时间的增加也促进了 H2 ,CO和 CO2 产率的增长 ,对脂肪烃类的影响比较复杂 .在不同温度下 ,气体热值随停留时间的增加均呈下降趋势 .     

Catalytic cracking of tar in biomass pyrolysis gas in the presence of calcined dolomite

The possibility of decreasing the content of tar in the fuel gas obtained by biomass pyrolysis has been studied. Catalytic cracking of the tar in presence of dolomite was used. Dolomite showed a high catalytic activity. The overall effect of the dolomite is to increase the gas yield by decreasing the tar yield. The dolomite and the steam used seem to affect the amount of naphthalene produced. By adjusting both the amounts of catalyst and steam, we were able to decrease significantly naphthalene (13 mg/kg dry substance biomass) and amount of tar (164 mg/kg dry substance biomass).     

城市生活垃圾中有机质产气及焦化特性研究

生物质气化过程中最大的不利因素是反应过程中焦油的生成。实验以混合蔬菜为原料,在高温炉中模拟研究城市生活垃圾中有机质的热解特性,并分别以CaO和水泥生产用主要原料--石灰石为催化剂,研究焦油产物深度裂解的催化效果。实验结果表明,CaO在400～900℃的温度范围内,对焦油裂解具有明显的催化效果;石灰石在700℃以上才能起到催化作用,说明真正起催化作用的是石灰石高温分解后产生的CaO。水泥回转窑内的温度高达1000℃以上,超细的石灰石原料粉末对热解产气可起到良好的催化效果,同时还能吸附残余焦油,防止其进入后续系统,腐蚀或影响收尘器等常温设备的正常运转。热解产气分析结果表明,高温下经过石灰石催化,尽管存在CO2气体生成的不利因素,热解产气中H2、CO、CH4等可燃气体总含量平均高达60%以上,具有相当高的热利用空间。     

山楂核热解特性及其产物研究

为研究山楂核热解特性及其产物分布规律,在不同升温速率及不同热解终温条件下对山楂核粉末进行热重分析,并用自制小型固定床热解炉对山楂核粉末进行了热解实验,考察了热解终温和升温速率对山楂核热解的三相产物产率的影响,结果表明：热解终温对焦油产率影响不大,对热解气和焦炭产率有显著影响,随着热解终温的提高,焦炭产率降低,而热解气产量增加。同一热解终温条件下,随着升温速率由5℃/min增加到10℃/min,焦油产率增加（热解终温600℃时,增加量约6个百分点）,焦炭和热解气产率降低,并且热解终温越大,升温速率对焦油产率影响越大;同时,提高热解终温和升温速率会使反应速率增大。     

整体式新型生物质气化催化反应器的实验研究

在现有生物质气化反应器及焦油处理方法的基础上,开发出一种整体式新型生物质气化催化反应器,并对该反应器进行相关的实验研究。实验研究结果表明:当木粉进料速率为6.48 g/min,空燃比RE为0.23,气化温度在500—670℃,这种整体式新型生物质气化催化反应器内有、无催化剂时对木粉气化产生的燃气中焦油的含量以及气体组分有明显影响;当采用钴与氧化钴的质量分数为20%,氧化钙的质量分数为80%的钴基催化剂作为焦油裂解催化剂,裂解温度为800℃,标态下体积空时为1.8 s的情况下,燃气中夹带的焦油可完全被催化裂解,同时燃气中的气体成分氢体积分数可从无催化剂时的15%提高到有催化剂时的35%,净提高20%。同时也对使用前后的钴基催化剂进行了XRD表征分析,发现氧化钙在生物质气化过程中具有一定的CO2捕集能力。     

内热式回转炉煤热解工艺的焦油产率与性质研究

研究了３ｋｇ／ｈ内热式回转炉煤热解工艺实验装置的热解温度、热解时间、煤粒度、煤气燃烧的空气过剩系统对焦油产率的影响,用正态分布函数模拟了初次焦油产率随热解温度的变化,用韦布乐分布函数模拟了焦油二次裂解率随气相温度的变化,对比了四种煤的焦油产率,分析了热解温度对焦油元素组成、馏分组成、中性油族组成等的影响。     

水分对神东煤热解产物分布的影响

为考察原料煤中水分对神东煤热解产物分布的影响,通过格金试验和固体热载体小试试验研究了神东煤中水分对热解特性的影响,得到神东煤在不同水分下热解产物的分布规律。格金试验表明,水分对神东煤热解产物中焦油和热解气收率有显著影响。随着水分降低,神东煤热解产物中焦油收率从9.98%降至4.92%,热解气收率从8.47%上升至11.07%,热解水收率从2.74%上升到5.94%。小试试验结果与格金试验趋势基本相同。随着原料煤中水分的降低,焦油收率下降,热解气收率上升;未经干燥的原煤在不同温度下热解的焦油收率比干燥后煤样平均高2.17%,热解气收率平均低1.58%。热解温度对H2和CO比例影响较大,对其他气体比例影响较小。研究结果表明,水分对神东煤的热解过程及其热解产物分布有显著影响,热解原料煤中水分的增加有利于抑制神东煤热解水和热解气的生成,提高焦油收率,因此有望通过控制原料煤中的水分来调节热解产物的分布。     

两段流化床中半焦催化脱除焦油特性

针对新提出的流化床两段气化制清洁燃气工艺，利用小型流化床两段反应装置进行焦油脱除实验，比较了热裂解和半焦催化重整对焦油脱除的影响。研究发现，半焦对焦油的催化脱除与反应温度、气体在反应器中的停留时间及半焦的比表面积和孔结构密切相关，在实验操作范围内，随反应温度和停留时间的增加，焦油的脱除效率增加，生成更多的有效气体组分。使用半焦的比表面积越大、孔结构越发达，对煤焦油的催化脱除效果越好。与热裂解效果对比，半焦催化重整不仅能有效脱除焦油，提高有效气体组分的含量，且能明显抑制焦油脱除过程中的积炭生成。基于上述分析，适合流化床两段气化工艺的半焦催化脱除焦油条件为操作温度1000℃、气体在半焦床层中停留时间应该在0.9 s以上。