100吨天生物质在线催化固定床生产工艺的设计文献综述

 2022-01-02 22:16:13

全文总字数：5319字

100吨/天生物质在线催化固定床生产工艺的设计文献综述

【摘要】 随着农业的不断迅速发展，世界各地的农林废弃物的数量也在不断增加。如何处理这些农林废弃物成为各国学者研究的重点。其中生物质热解是研究的重点方向。然而，由于玉米秸秆等生物质成分复杂，并且其中含有大量的高分子长链，不催化很难断裂成小分子化合物，难以获得高品质的生物油。并且传统的催化生产工艺，中途会产生损耗，并且氧化等化学反应使生物油变质。因此文章通过梳理相关文献,在前人研究的基础上，探索建立一种新型的在线催化工艺，使得玉米秸秆热解和催化提质，能够在同一条工艺流程中实现。

【关键词】生物质热解、在线催化、生产工艺设计

  1. 生物质热解

生物质热裂解技术是世界上生物质能研究的前沿技术之一。该技术能以连续的工艺和工厂化的生产方式将以木屑等废弃物为主的生物质转化为高品质的易储存、易运输、能量密度高且使用方便的代用液体燃料（生物油），其不仅可以直接用于现有锅炉和燃气透平等设备的燃烧，而且可通过进一步改进加工使液体燃料的品质接近于柴油或汽油等常规动力燃料的品质，此外还可以从中提取具有商业价值的化工产品。相比于常规的化石燃料，生物油因其所含的硫、氮等有害成分极其微小，可视为21世纪的绿色燃料。

生物质热解技术始于20世纪70年代末，发展非常迅速，目前荷兰和加拿大等欧美国家已经拥有了成熟的热解综合利用技术，并进行了相应的产业化应用[1]。我国对生物质热解液化的研究起步较晚，主要集中于各个高校和研究所，包括中国科技大学与浙江大学等，并且研究方向偏向于基础理论和实验装置的研究。

  1. 在线催化

近年来，国内外许多学者对玉米秸秆热解工艺技术以及生物油催化提质的工艺流程进行了大量的研究，并已取得一定的进展。对玉米秸秆热解产物的组成及成分分析、热解过程中的影响因素、热解产物的进一步精制等方面进行了大量的实验研究，力求找寻一种优良的热解工艺流程使玉米秸秆热解效益最大化，进一步实现玉米秸秆热解技术以及生物油催化提质技术的工业化。

  1. 以聚丙烯为催化剂的在线催化工艺

学者们在研究过程中发现玉米秸秆与聚丙烯共热解时，会显著提高热解产物的产率和产量。这给生物质热解行业和塑料回收行业都指明了新的方向。学者们对玉米秸秆等生物质与聚丙烯共热解的过程的规律做了大量研究，并已取得初步进展。郝瑞霞[2]等以废聚丙烯塑料为原料,采用二段接触分解装置催化热解制取汽油,比较了CC-15、LB-1等催化剂对裂解反应的影响。结果表明,粒径小、比表面积大且内部孔隙尺寸较大的多孔状催化剂催化效果较好。采用二段接触分解法制汽油,气化分解罐温度控制在400-450℃,催化裂解塔温度控制在50-500℃,三种催化剂混合复配使用时,液体收率和汽油产率最高,分别为78.8%和84.6%。；邓代举[3]等对毛竹和聚丙烯共热解进行了研究，并利用热重分析仪进行研究，结果表明当混合物毛竹与聚丙烯以质量比为1∶1进行热解时，热解温度为 437℃时产生了最大失重峰，可以说明在437℃时产生的热解油等产物最多。并且他们利用热重红外法还发现：温度处于250-350℃ 共热解主要表现为以毛竹为主的热解行为，温度位于480℃时主要表现为以聚丙烯为主的热解行为，在450-520℃这一温度段，聚丙烯与毛竹共混物的失重明显高于类似条件下两者单独热解失重的加权平均值。这说明两者的共热解反应是有着一定的相互影响的。通过对聚丙烯催化生物质热解的研究，得知聚丙烯材料对生物质热解的产物品质有着很大的提升。明确指出以聚丙烯为主的塑料制品可以用来催化生物质的热解和气化，使其产品的品质有着大幅的提升。这些成功的实验结论可以使废轮胎与生物质共同加热热解提高产物品质成为可能。

  1. 钙基催化剂等无机非金属材料对玉米秸秆催化热解的影响

李斌[4]等人在一个两段式生物质热解气化装置上考察了钙基催化吸收剂对玉米秸秆制氢特性的影响结果表明: CaO添加可原位吸收气化过程中生成的CO2，强化制氢过程向生成更多H2的方向移动。当热解气化温度为650℃、S/B为2、CaO/C摩尔比为1时，产气中H2体积分数从28.7% 上升至56.2%，H2产率则从64.3mL/g上升至195.8mL/g，而CO2体积分数由21.5%下降至1.1%。而且，CaO的CO2吸收强化性能与气化温度密切相关，在600～700℃范围内，玉米秸秆热解气化可获得很高的H2体积分数和较高的H2产率。以CaO吸收剂为载体进一步引入NiO活性组分，可降低产气中小分子碳氢气体，提高产气中的H2体积分数和产率。在NiO负载量为10%时，产气中H2体积分数可达63.7%，而H2产率对比添加CaO时则接近翻倍，达到341.3mL/g。由此可见，氧化钙等固体催化剂也可以对生物质热解气化起到提质的作用。这对在线催化起到了非常重要的帮助，能够使催化剂稳定的固着在指定的位置。并且能够使生物质在催化裂解的过程中产生大量纯净的氢气，大大提升了产品的质量。

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