生物质秸秆气合成甲醇工艺研究

【摘要】：近年来，由于大量使用化石燃料，严重污染环境。而且由于化石燃料匮乏，寻找一种新的、可再生的、无污染的能源是件迫在眉捷的事情。生物质作为高效和廉价的太阳能浓缩储存方式，利用当今世界高科技的成果，可使其转变为高品质能源—燃料甲醇。所以不论从农村能源开发，还是从环境保护出发，研究生物质能源的转变都是一项迫在眉睫的重大课题。同时，在我国开展生物质的综合利用有着十分重要的社会、经济效益。 在对气化过程中的气化炉进行选择时，考虑到循环流化床气化反应器可以制出优质的秸秆气。但设备投资大，生产成本高，不适合我国国情。本论文采用已经在国内推广应用的XFF-1000型下吸式固定床气化炉气化。 对玉米秸秆发热量以及秸秆气成份做定量分析，结果表明，秸秆气中氢气大约12.60％，而一氧化碳、二氧化碳含量大约为：15.80％、12.50％，氢碳比不能得到化学反应的需求。还含有55.00％氮气和1.4％的甲烷，对合成反应来说是惰性气体，对反应不利。可以采用变压吸附的方法(除掉大量的氮气)和变换、脱碳的方法来调节氢碳比。本实验采用配氢的方法来调节氢碳比。同时秸秆气中还含有少量的焦油、硫化物、氧气等物质可以造成合成反应的铜基催化剂失活。因此，本文对秸秆气进行脱硫、脱氧、除焦等实验研究。最后得到优质的秸秆合成气。 以直流流动等温积分反应器为实验装置，对秸秆气催化合成燃料甲醇技术进行实验研究。研究了空速、压力、温度等对秸秆气合成甲醇的影响。使用C301、C302、NC306铜基催化剂，通过实验优选出合适的催化剂，结果表明，C301铜基催化剂是比较合适的催化剂。然后通过正交实验和单因素实验，对秸秆气催化合成燃料甲醇工艺进行实验研究，得出较合适的工艺参数为：质量空速8000 L·kgcat~(-1)·h~(-1)、压力5.0MPa、温度235℃。 本文对铜基催化剂失活做了初步研究。测定了催化剂的比表面积、X-Ray等。发现使用后催化剂比表面积比使用前降低较多，最高可降低55.0％。比表面积降低引起催化剂活性降低。另外，使用后铜晶粒长大也引起催化剂活性降低。催化剂失活的原因：一是高温下秸秆气中含有的少量焦油析炭引起的：二是秸秆气中含有少量的氧气，在高温、高压下可以把催化剂烧结。 【关键词】：秸秆气 甲醇 铜基催化剂 工艺条件
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：TQ223.1
【目录】：

• 中文摘要2-3
• Abstract3-8
• 第一章 绪论8-19
• 1.1 生物质能源转变方式8-11
• 1.1.1 生物质物理转变9
• 1.1.2 生物质化学转变9-11
• 1.1.3 生物质生物转变11
• 1.2 生物质合成甲醇国内外研究现状11-16
• 1.2.1 国外研究现状11-15
• 1.2.2 国内研究现状15-16
• 1.3 存在问题16-17
• 1.4 课题研究的意义及内容17-19
• 1.4.1 课题研究的意义17-18
• 1.4.2 课题研究的内容18-19
• 第二章 秸秆类生物质热解气化实验研究19-25
• 2.1 秸秆类生物质热解气化19-20
• 2.2 秸秆气化实验20-22
• 2.2.1 实验设备20
• 2.2.2 实验材料20-21
• 2.2.3 热解气化21-22
• 2.3 秸秆气净化22-23
• 2.3.1 秸秆气脱硫22
• 2.3.2 秸秆气脱焦、除氧22-23
• 2.4 秸秆气调配氢碳比实验23-25
• 第三章 秸秆气合成甲醇准备及预实验25-40
• 3.1 甲醇合成方法与工艺流程25-26
• 3.1.1 目前甲醇合成方法25-26
• 3.1.2 甲醇合成工艺流程26
• 3.2 实验部分26-32
• 3.2.1 主要实验设备26-27
• 3.2.2 催化剂的装填与还原27-29
• 3.2.3 实验流程与实验条件29-31
• 3.2.4 实验数据的测试分析方法31-32
• 3.3 实验结果与分析32-37
• 3.3.1 物料衡算方法32-35
• 3.3.2 秸秆气直接合成燃料甲醇35-36
• 3.3.3 配氢后秸秆气合成燃料甲醇36-37
• 3.4 本章小结37-40
• 第四章 秸秆气合成甲醇工艺条件实验研究40-50
• 4.1 实验设计40
• 4.1.1 实验设备与材料40
• 4.1.2 实验方法与条件40
• 4.2 实验部分40-48
• 4.2.1 催化剂优选实验40-42
• 4.2.2 正交实验42-45
• 4.2.3 单因素实验-压力优选实验45-46
• 4.2.4 单因素实验-质量空速优选实验46-47
• 4.2.5 单因素实验-温度优选实验47-48
• 4.3 本章小结48-50
• 第五章 催化剂失活研究50-54
• 5.1 铜基催化剂失活原因50
• 5.2 析炭实验50-51
• 5.3 催化剂X衍射实验51-52
• 5.4 催化剂的比表面积52
• 5.5 本章小结52-54
• 第六章 实验结论与课题展望54-56
• 6.1 实验结论54
• 6.2 课题展望54-56
• 参考文献56-60
• 致谢60

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