探析固体热载体法褐煤和生物质催化气化工艺研究

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1、大连理工大学硕士学位论文固体热载体法褐煤和生物质催化气化工艺研究姓名：刘金刚申请学位级别：硕士专业：化学工艺指导教师：徐绍平20060601大连理工大学硕士学位论文摘要提出一种固体热载体褐煤／生物质催化气化新工艺，该工艺由固体热载体(催化剂)与褐煤／生物质混合，褐煤／生物质快速加热，催化气化，催化剂固体颗粒加热再生循环构成。气化反应器主体为移动床，褐煤／生物质、催化剂(热载体)、气化剂和产气等全并流。气化后，固体物质进入提升管，通过燃烧催化剂表面积炭和部分气化产物半焦，使催化剂颗粒在连续再生的同时也积蓄了褐煤／生物质气化所需的热量。在已建成的

2、实验室规模(1．0kg／hbiomass)的固体热载体催化气化连续实验装置中，以褐煤和生物质为气化原料，橄榄石为催化剂(固体热载体)，水蒸气为气化剂，考察了如温度、水蒸气／煤(或生物质)的比率S／C(或S／B)、床层高度、原料颗粒大小、催化剂类型、气化原料类别等工艺条件对气化结果的影响。结果显示，以褐煤为气化原料时，在实验研究的条件范围内，随着气化器温度的升高，产气量和产气中H2含量增加明显，而且温度升高也提高了碳转化率和气化效率。水蒸气的加入有利气化，但加入过多会降低反应器内温度，较佳的S／C为0．4～0．6。床层高度的增大使反应物在反应器

3、中停留时间增加，有利于褐煤的气化转化，但床层过高会导致压降过大，最佳的床层高度为0．3m。原料颗粒大小对气化结果的影响复杂，较适合的褐煤颗粒大小为20～40目。和沙粒与石灰石相比，橄榄石催化活性明显，而且抗磨损性能强。以白松为气化原料制富氢气体的研究中，在实验研究的条件范围内，较佳的气化条件为：温度800℃，S／B=0．8，床层高度为0．4m，生物质粒度为40～60目，此时可得到83．09／kg(daf．)的氢产量，产气中氢气含量高达54．35％，焦油含量低至0．749／Nm3(干气)。同时比较了自松和杏核气化结果，可以得出杏核气化产气量较白

4、松为少，氢产量较低，焦油含量较高，表明纤维素和半纤维素含量更高的生物质在本工艺中更有利于催化气化制氢。最后借助热天平手段对催化剂烧炭再生动力学做了一个初步研究，得出了提升管中空气烧炭的基本的动力学参数，其烧炭活化能为100·140kJ／tool。关键词：催化气化；褐煤；生物质；同体热载体塑型皇塑堕坐薹皇堡垡皇垡堑三茎受塞．——ResearchonprocessofcatalyticgasificationofbrowncoalandbiomasswimsolidheatcarrierAbstractAnewprocessofcatalytic

5、gasificationofbrowncoal／biomasshasbeenproposed．Tl”gasifieriscomposedoftwozones．agasificationzoneandacombustionzone．Acirculationloopofbedmaterialiscreatedbetweenthesetwozones，buttheproductgasandfluegasremainseparated．111ecircuitingbedmaterialactsasheatcarriertogetherwithsome

6、charcoalcirculatesfromthegasificationzonetothecombustionzone．Theexothermicreactioninthecombustionzoneprovidestheenergyfortheendothermicgasificationwithsteam．Inthisexperimentalstudy,thesteamgasificationofDayanbrowncoalandbiomasswitholivineascatalyticsolidheatcarrierWascarrie

7、doutinabenchscaletestfacility(1．0kg／hbiomass)．meffectsofreactortemperature(650一soot)，steam／coalratio(O-1．2)，bedmaterialslayerheight(0．05—0．6m)，coal／biomassparticlesize(0．178—3．35mm)anddifferentcatalysts(sand，olivine，limestone)oncomposition，gasyield，calorificvalueoftheproduc

8、tgas，carbonconversionandchemicalefficiencyinthecatalytiecoal／biomassgasificationha