国内现状生物质在催化裂解的过程中,利用催化剂不仅可以降低反应所需的活化能,而且还能减 少裂解介质(如水蒸气)的比例,减少焦油的产量,对气体的组分进行调整,以提高小分子 可燃气体的品质,以达到提高生物质利用效率的最终目的[5] 目前在国内外已研究的生物质裂 解催化剂主要有镍基催化剂、碱金属类、以及其它新型催化剂[6][7]。蒋剑春[8]等人用东北松木屑作为原料,裂解介质分别采用空气和水蒸气,用 Na2CO3、K2CO3、CaO 等作为催化剂,在 微分反应器内进行催化裂解实验的研究,通过对结果进行分析,得到了当裂解介质为水蒸气 时,用 K2CO3 为主导的复合催化剂,具有最优的催化性能;当裂解介质为空气时,最合适的 催化剂为 CaO,其对提高气体产物中 H2 和 CO 的含量的效果最好。79506
此外,在研究中发现,当 催化剂的加入量为生物质质量的 2%(质量百分比)左右催化效果最好。清华大学的吕俊复和 岳光溪[9]对循环灰对焦油裂化的催化作用的影响进行了研究,其实验系统为循环床锅炉系统。 反应过程中,用苯和甲苯作为焦油的模型化合物在固定床反应器上进行反应,对循环灰对焦 油裂化效果的影响进行了研究,在研究中发现,实验中的循环灰中含有约 1。6%MgO、2%CaO、 5%Fe2O3、31%A12O3,因此该循环灰具有较强的催化能力。同时作者对反应获得的数据进行 了处理和动力学分析,同时对该反应的动力学参数进行了确定。得到苯反应的频率因子为 9。95x1011min-1, 活化能为 250。8kJ/mol; 甲 苯 反 应 的 频 率 因 子 为 7。01x109 min-1, 活 化 能201。4kJ/mol。为了进一步对催化剂的活性在焦油催化裂化过程中的变化进行研究,选用氧化 钙作为催化剂,研究其在裂解过程中对反应催化活性的影响,该作者[10]对苯和甲苯进行了裂 解反应,对实验结果进行分析,对反应过程中的失活系数进行了测定,并对失活机理进行研究。 实验结果表明,催化剂氧化钙颗粒的空隙率和比表面积随着积炭量的增加而降低,以降低裂 解反应速率。同时,在实验中发现熔合芳香化合物电子云的稳定性易受 CaO 活性位的极性的 影响,因此其具有催化能力,并且有裂化活性位存在于 CaO 的内外表面上。实验结果表明,在苯和甲苯裂解反应中,氧化钙相比于石英砂改变了反应路径,使得苯和甲苯在裂解反应中 所需的活化能分别下降 28。66%、47。87%,此外,在相同转化率的情况下,反应所需的温度分 别下降约 150℃、100℃,频率因子相应分别下降 3、6 个数量级,降低碳析出量,提高气态裂 解产物的总产率。清华大学的侯斌[11]等人对生物质焦油的催化热裂解反应进行了研究,其实 验中的原料气采用玉米杆碎屑在常压鼓泡床上气化产生的煤气,论文网同时在固定床催化裂化反应 器上,对白云石和石灰石进行了煅烧实验,并对实验效果进行分析。实验中研究了催化剂的 类型、催化床的床高、温度对煤气的成分以及焦油的转化率的影响。当实验温度达到 800 一850℃范围时,两种催化剂对焦油的催化裂解都有很好的效果,其焦油的裂解率均可达到 90% 以上。在此实验中,相比于煅烧白云石,煅烧石灰石的催化活性要高一些,同时,石灰石的 失活速率要大一些。沈阳化工学院谢威[12]等人对氧化钙催化裂解生物质(松木屑)气化气焦油 的特性进行了研究,实验系统为固定床反应器。当催化温度为 700℃时,焦油气化率为 49。41%, 焦油的裂解率可达 73。5%,其气态裂解产物为氢气、甲烷和乙烯。中科院山西煤化所的 zhuTingyu[13]等人研究了 CaO 添加剂对煤裂解过程的影响,实验系统采用常压流化床反应器。 CaO 的存在使得焦油的产量下降,煤气的产量显著增加,在无 CaO 存在时,当焦油的产量的 最大时,其温度为 650℃左右,而当加入 CaO 时,当温度 550℃左右焦油的产量最大。对有 无 CaO 存在的焦油的组分进行结果分析显示,相比无 CaO,有 CaO 存在的焦油的 BTX、PCX 和其他一些轻质成分都有所增加,而焦油中(O+N+S)/C 的比率和氧合物则下降。在有 CaO 存 在时,焦油中的烷烃含量最多的是 C14 一 C20,而无 CaO 存在时,含量最多的是 C8 一 C15, 这与 CaO 的添加所引起的长链烷烃向短链的转化有关。由于 CaO 的存在,使得在煤裂化反 应中反应所需的活化能降低了 34。5%,同时失重速率所需要的反应温度下降了 60℃左右。浙 江大学热能工程研究所[14]在对生物质热解焦油的催化裂化实验国内外研究现状进行分析的基 础上,建立了建立了实验室规模生物质热解焦油催化裂化实验系统,并开发了性能良好的焦 油取样和分析方法,采用稻秆、稻壳和木屑等生物质原料的热解产物气作为焦油来源,研究了 热解温度、物料在热解反应器内滞留时间、生物质原料类型等因素对煤气中焦油含量的影响, 探究焦油产生的机理。在固定床二级催化裂化反应器上,在白云石、石灰石、高铝砖等几种 催化剂材料作用下,对焦油催化裂化过程以及炭化硅作用下的热裂化过程进行了研究,并对 裂化温度(650 一 950℃)、气相停留时间(0。5 一 1s)和催化剂类型等裂化过程参数对焦油转化效 果和热解煤气的影响进行了分析,同时通过焦油催化裂化过程的能量平衡实验多得的数据, 对焦油裂化反应热进行了计算分析。结果表明,在白云石、石灰石作用下,焦油的转化率高 达 90%以上。