生物质焦油自持催化重整机理研究

焦油问题已成为影响生物质热解气化发展的瓶颈。现有的处理方法不能对焦油进行有效的消除。寻求高效持久的焦油消除处理方法成为当前研究的热点。本研究分别以商业蜂窝陶瓷和自制蜂窝陶瓷为催化载体，制备蜂窝陶瓷催化剂。利用蜂窝陶瓷的大比表面积以及良好的蓄热性，增加生物质焦油蒸气与催化剂活性成分之间的接触。以蜂窝陶瓷催化剂为蓄热催化重整介质，采用部分燃烧方法，对生物质焦油进行催化重整消除，建立反应系统自持进行的判定依据；研究影响焦油催化重整反应的因素、可燃气品质的影响规律和蜂窝陶瓷部分燃烧的热力学特性，确定最佳能量平衡控制方案。本研究不仅为生物质焦油催化重整消除提供理论依据，而且对固体废弃物热化学转化领域中的焦油控制具有重要参考价值。

生物质气化技术是生物质高效利用的重要方法之一，但是，目前仍存在着气化过程中焦油含量大，污染严重等问题，严重制约了生物质气化技术的发展。本项目分别以商用的和改性的蜂窝陶瓷为载体，通过浸渍法在陶瓷表面负载金属氧化物（NiO）活性组分，研制出了适用于生物质焦油部分燃烧重整的蜂窝陶瓷催化剂，采用SEM、XRD、TPR等技术表征催化剂的物理化学性质，并展开生物质焦油部分燃烧催化重整特性研究。通过对生物质焦油组分分析，结合化学反应平衡，建立了一套焦油碳氢比分布模型及反应系统吸放热状态的判定理论，研究表明，生物质焦油部分燃烧催化反应系统是放热系统。进而改进部分燃烧试验装置，结合生物质气化实验，开展了生物质焦油部分燃烧催化重整实验。研究蜂窝陶瓷结构、反应温度、水蒸气/碳，空气当量比、催化剂等因素对焦油转化率，催化重整选择性的影响。研究表明，使用蜂窝陶瓷催化剂，温度为700℃，水蒸气/碳为1.5:1，空气当量比为0.1时，焦油的转化率最大，产氢量也最大。研究了催化剂寿命和再生抗积碳行为，通过部分氧化法表明，再生后的催化陶瓷和未使用的催化陶瓷相比，活性依然很高。