生物质气催化合成甲醇实验

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1、生物质气催化合成甲醇实验朱灵峰.，张杰(’·华北水利水电学院环境与市政工程学院，郑州450011)摘要:为了探索秸秆类生物质转化为燃料甲醇的工艺条件，采用热化学方法将玉米秸秆裂解为秸秆燃气，对该燃气进行优化实验，制备出秸秆合成气。在直流流动等温积分反应器中，使用国产C301铜基催化剂，对催化合感甲醇的反应压力、反应温度、秸秆合成气组成进行优化实验研究。实验结果表明:合成甲醇的最佳反应温度和反应压力分别为230℃和5MPa,秸秆合成气适宜组成为CO10.49%,Cq8.8%,H240.49%,CH,0.9

2、5%,从37.32%e关键词:秸秆;合成气:催化;甲醇:合成;工艺条件0引言生物质是一种洁净的可再生能源。高效合理利用生物质能可实现二氧化碳的零排放。生物质催化合成甲醇研究就是高品位生物质能转换技术之一，发达国家早己开展攻关研究，现己有生物质甲醇厂生产运营【1-51。我国生物质年产量约为50亿吨，各类农作物秸秆年产量约7亿吨，其中玉米秸秆年产量约为2.24亿吨[6]，这些秸秆仅有少部分用于做饭、取暖或低效率的电力生产，有相当一部分被废弃或随意焚烧，造成严重的资源浪费和环境污染。生物质合成甲醇技术仅限于实

3、验室研究阶段[7-8]，为使我国数量巨大的廉价生物质尽快转化为燃料甲醇，有必要开展系统深入的研究工作。1实验部分1.1生物质原料气的制备/实验所用原材料为郑州市东郊当年新收获的玉米秸秆，自然风干后粉碎至3cm左右，以空气为气化剂，在XFF-1000型下吸式生物质气化炉中进行热化学裂解制备出生物质原料气，气体成份分析见表1。表1生物质原料气分析数据/%」__.⋯1..1...⋯Table1Analysisdataofbiomassfeedstockgash/oCOCO2H2CH4OZC2144021-16

4、C2H2N2LHV/kJ-m一焦油/mg/m315.8012.5012.601.402.070.500.100.0355.00587324.61.2生物质合成气的制备由于原料气中含有少量使甲醇合成催化剂失活的氧气和焦油，所以，实验前必须除去。由表1可知，原料气中H2含量太低，不能满足合成要求的理论碳氢比。因此，在实验室中，先将秸秆原料气进行脱氧、除焦、净化、配氢等预处理，焦油分解催化剂采用作者自行研制的TR型催化剂，氧气脱除剂为活性炭、细铜丝，在623-1.3型管状电炉内，用ZK-1型可控硅电压调整器等

5、设备，于800℃下进行脱氧除焦实验.测试结果表明，焦油全部分解，氧气检测不到，配制一定量的氢气，即可制备出生物质合成气，经压缩机压缩至高压钢瓶，放置2个月备用，合成气成份分析见表2049基金项目:河南省科技攻关项目(0424210002)通讯联系人:朱灵峰，E-mail:zhu卫inefeng@ncwu.edu.cn表2生物质合成气分析数据一飞HZ不/"/o一布CO丽/'/o一TaCb0le2/2%AnalysCis=Hda.t%a%ofbiomassNs2y/n'/goas40.2711.549.22

6、1.1437.73'C.H.=CIi4.C2%}C21i4.C2H6.1.3催化剂的制备与还原实验选用国产C301铜基催化剂，先将圆柱形研磨成粒度为1620目、20-40目、6080目的颗粒，烘千、冷却至室温，根据不同实验选用不同粒度的催化剂，称重后将同粒度等体积的石英砂均匀混合，在催化反应管内先装入一定薄层的20--40目的石英砂，缓慢加入催化剂，再依次加入20-40目的石英砂，1620目的瓷环和细铜丝，并压实.催化剂的还原条件与工业催化剂相同〔9]，还原86小时后，经测试催化剂活性稳定后再进行合成实

7、验。1.4实验主要装置与实验流程甲醇合成实验主要装置为:JA一五槽直流流动等温积分反应器(反应管为(b14mmx2mm，长1lOmm,恒温区约5cm,温差落士0.5C).TCS一型智能温度控制仪、ZK-50可控硅电压调整器、YT-2型稳压阀、GC-9000型气相色谱仪、HW2000型色谱工作站、精密压力表、转子流量计等。实验流程见图1所示，生物质合成气自钢瓶经稳压阀将压力控制到主反应压力后进入反应器，反应后气体经冷凝器分离出甲醇和水，不凝气体经减压阀降至常压，由流量计计量后，一部分气体放空，另一部分气体

8、进入气相色谱仪，由色谱工作站及电脑自动采集和处理数据。由于秸秆合成气中含有8种主要组分，在C301催化剂催化下，合成体系内发生CO.CO:同时平行加HZ合成甲醇及C02逆变换三个主要反应，所以，反应温度、合成压力、合成气组成为甲醇合成反应体系的重要因素。为了探索反应温度、合成压力、合成气组成对一氧化碳转化率、二氧化碳转化率及甲醇时空收率(单位时间单位质量催化剂生成的甲醇质量)的影响大小，寻找上述三因素的最佳合成条件，进行如下优选实验。二料气