生物质焦油裂解催化剂的微观结构与催化特性的关联性研究.pdf

《生物质焦油裂解催化剂的微观结构与催化特性的关联性研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第26卷第1期石家庄铁道大学学报(自然科学版)Vo1．26N。．12013年3月JOURNALOFSHIJIAZHUANGTIEDAOUNIVERSITY(NATURALSCIENCE)Mar．2013生物质焦油裂解催化剂的微观结构与催化特性的关联性研究武志敏，罗勇，李贵燕(石家庄铁道大学机械工程学院，河北石家庄050043)摘要：借助自制的两级固定床热解装置、气相色谱分析仪以及扫描电镜(SEM)等设备，在热解温度700oC、催化裂解温度700～900oC的条件下，以特种焦、白云石、高铝质多孔熟料为催化剂研究了生物质焦油裂解催化剂

2、的微观结构与催化特性之间的关联性。研究工作以锯末为生物质原料，以过热水蒸汽为气化剂。研究结果表明：催化剂的微观结构与其催化特性具有很强的关联性。从微观结构看，特种焦的特征是：孔隙率高，比表面积大，孔径分布广；白云石则具有不规则裂隙以及不规则鳞片状晶体表面的特征；而高铝质多孔熟料具有裂隙相对规则、晶粒表面相对平滑的特征。实验数据表明：三者在生物质焦油转化率、产气率、产气成分、气体热值等方面均有明显的差异。关键词：生物质；催化剂；微观结构；催化裂解；关联性；焦油中图分类号：TK6文献标识码：A文章编号：2095—0373(2013)O

3、1—0050—050引言生物质能作为一种清洁的可再生能源已引起国内外学者的普遍关注。而以获得生物质气体燃料为El的的研究是其中的一个重要方向。然而生物质气化过程产生的焦油将对气化设备以及后续的燃烧设备造成严重危害，因此，有效去除焦油是生物质气化工艺的关键技术之一。在减少气体燃料焦油的诸多方法中，催化裂解法被认为是最具潜力的方法之一⋯，显然寻找和研制价格低廉、性能优良的催化剂尤为重要。白云石、石灰石、堇青石、高铝砖以及生物质焦等均已引起国内外学者极大的兴趣。。许多学者就裂解温度、催化剂尺寸、催化剂料高等因素进行了深入的研究，也取得了

4、许多有价值的成果。然而，有关催化剂的微观结构与其催化特性的关联性研究则相对较少。为了寻找催化剂的微观结构与催化特性的关联性，借助扫描电镜(SEM)、色谱分析仪(GC)在二级固定床热解实验台上，以特种焦、白云石、高铝质多孔熟料为对象开展了初步的研究工作，以期为新型催化剂的研制工作提供参考。1实验装置及测试方法1．1催化剂及生物质原料试验所用的催化剂分别为特种焦、煅烧白云石和高铝质多孔熟料。特种焦来自河北石家庄某钢厂，使用前在无氧的条件下以过热蒸汽为气化剂在950oC的条件下反应20h。高铝质多孔熟料来自山东淄博某耐火材料厂。白云石产

5、地为河北，使用前在马弗炉内950℃下煅烧5h。3种催化剂的尺寸均在1—3lllm之间。生物质原料为白松锯末，使用前在105oC的温度下烘干2h，称重后置于干燥器中待用。1．2试验装置及方法实验装置如图1所示，主要部件有：生物质料暂存器、催化裂解器、冷却系统、干燥器、焦油捕捉计量系统、生物质气采集系统、气体流量计、温控器以及过热蒸汽发生器等。收稿日期：2012—11—0l作者简介：武志敏女1979年出生讲师基金项目：河北省自然科学基金(E2009000913)第1期武志敏等：生物质焦油裂解催化剂的微观结构与催化特性的关联性研究511

6、．氮气瓶；2、19．靶式流量计；3．热解料盒操作阀门；4、8、9、28．热电偶；5．压力表；6．冷却水套；7．生物质料盒；10、14、27．远红外电加热圈；11、12．保温管；13．催化剂支架；15．催化剂；16．生物质气冷却器；17．焦油搜集器；l8．干燥过滤器；20．焦油捕捉器；21．湿式气体流量计；22．流量分配阀；23．气体采样袋；24．生物质气燃烧器；25．电加热器；26．饱和蒸汽发生器；29．电控柜。图1二级固定床生物质热解系统热解反应器及催化裂解器均由D89X2的耐热钢管(0Cr25Ni20)制作，外加装远红外电加热

7、圈，功率均为4kW，长度均为300mm。编号3为DN20的球阀，其作用是当此阀门打开时可以通过带钩的金属杆方便地移动生物质料盒7的位置。实验开始前打开前端的法兰将装有50g生物质的料盒7置于图中原料暂存器位置，这样在热解器升温过程中由于冷却水套的作用，即可保证生物质不会发生预热解，同时每次热解过程结束时，可通过带钩的金属杆将料盒自热解反应器拉回到原料暂存器以便尽快降温，缩短了试验时间。热解开始前物料盒置于暂存器，在热解反应器、催化裂解器按设定温度升温的同时，打开氮气阀(流量约5lMmin)以置换整个系统内的空气，保证热解和裂解过程

8、均在无氧的条件下进行。热电偶(8、9)均可在密封的条件下前后拉动。催化剂支架13顶部由1的孔板制作，其作用有两个：一是支撑催化剂颗粒，二是保证气化气均匀通过催化剂。过热蒸汽发生器可提供400oC的过热水蒸汽，其蒸汽量与电加热器(25)功率的对应关系