论文总字数：25474字

摘 要

生物质以其可再生、资源丰富、环境友好等特点，成为石油、煤炭和天然气的最佳替代品。生物质分级气化制氢是生物质热化学转化制氢的途径之一，但气化的热解阶段会产生焦油。为了避免影响之后的焦炭气化和焦油催化重整，必须要减少热解阶段焦油的产量以及多苯环物质的相对含量。针对焦油问题，本文以麦秆作为生物质原料，在氮气和水蒸气气氛下比较铜基、镍基和钾基催化剂对热解焦油的影响。结果表明铜基催化剂能减少焦油的峰面积以及增加苯类物质的相对含量，钾基催化剂能增加气体尤其是氢气的产率。从效果来看，铜基gt;钾基gt;镍基。后期在效果较好的铜基催化剂上用金属镍和碱金属钾进行修饰制备复合型催化剂，比较镍铜、钾铜和铜基催化剂对热解焦油的影响。钾铜催化剂既能减少焦油峰面积和增加苯类物质的相对含量，也能增加气体的产量。镍铜催化剂有助于减少焦油的峰面积并促进苯的重整。从效果来看，钾铜gt;镍铜gt;铜基。温度的升高有助于气体产量的增加和促进焦油的二次反应。水蒸气气氛有助于增加气体的产量尤其是氢气的产量，并且能减少焦油的峰面积。

关键字：生物质；分级气化；催化热解；焦油；

Study on the effect of catalyst on tar of biomass pyrolysis

03013010 Yang Gao

Supervised by Jun Xiao

Abstract

Biomass becomes the best alternative to oil, coal and natural gas for being renewable, resourceful and environment-friendly. Staged gasification is one of the thermal chemical conversion technologies to produce hydrogen from biomass, and however, tar is produced in the pyrolysis stage. It is significant to reduce the production of tar and the relative content of the polybenzene ring for coke gasification and tar catalytic reforming. This paper studies catalytic pyrolysis of straw using Cu-based, Ni-based and K-based catalysts in nitrogen and steam atmosphere at first. Cu-based catalyst reduces the peak area of tar and increases the relative content of the benzene ring. K-based catalyst increases the production of gas and the hydrogen. The order of catalytic effect is: Cu-basedgt; K-basedgt; Nigt;based. This paper studies Cu-based, K modified Cu-based and Ni modified Cu-based catalysts next. K modified Cu-based catalyst can reduce the peak area of tar, increase the relative content of the benzene ring and increase the production of gas. Ni modified Cu-based catalyst reduces the peak area of tar and catalyzes the reforming of benzene. The order of catalytic effect is: K modified Cu-basedgt; Ni modified Cu-basedgt; Cu-based. The rise of temperature would increase the production of gas and promote the secondary reaction of tar. Steam would increase the production of gas and reduce the peak area of tar.

KEY WORD: Biomass; Staged gasification; Catalytic pyrolysis; Tar;

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1引言 1

1.2生物质分级气化 2

1.3生物质热解技术 2

1.3.1生物质热解分类 2

1.3.2生物质热解机理 3

1.4国内外研究现状 4

1.4.1生物质预处理 4

1.4.2生物质催化热解 5

1.4.3生物质焦油催化重整 5

1.5研究内容和主要目的 6

1.6本章小结 6

第二章 生物质催化热解的实验设备与方法 7

2.1实验设备 7

2.2实验流程 7

2.3检测仪器 8

2.4催化剂的制备 8

2.4.1载体Al的制备 8

2.4.2负载型铜基催化剂的制备 8

2.4.3负载型镍基催化剂的制备 9

2.4.4负载型钾基催化剂的制备 10

2.4.5经钾修饰的铜基催化剂的制备 10

2.4.6经镍修饰的铜基催化剂的制备 11

2.5热解产物产率计算 11

2.5.1针对于半焦产率: 11

2.5.2针对气体产率： 11

2.5.3针对液体产率： 12

2.6焦油液体的定容 12

2.7本章小结 12

第三章 金属氧化物催化剂对生物质热解焦油的影响 13

3.1实验 13

3.1.1实验材料 13

3.1.2实验流程和分析方法 14

3.2实验结果和分析 14

3.2.1金属氧化物催化剂对热解产物的影响 14

3.2.2温度对热解产物的影响 18

3.2.3反应气氛对热解焦油的影响 20

3.3本章小结 20

第四章 经碱金属修饰的金属氧化物催化剂对热解焦油的影响 21

4.1实验 21

4.1.1实验材料 21

4.1.2实验流程和分析方法 21

4.2实验结果分析 22

4.2.1经碱金属修饰的金属氧化物催化剂对热解产物的影响 22

4.2.2温度对经碱金属修饰的金属氧化物催化剂的影响 23

4.2.3水蒸气对经碱金属修饰的金属氧化物催化剂热解焦油的影响 26

4.3本章小节 26

第五章 总结和展望 27

5.1总结 27

5.2展望 27

致 谢 29

参考文献 30

第一章 绪论

1.1引言

改革开放以来，中国经济高速发展，同时对能源的需求也越来越强。我国的能源消费以化石能源为主。在2014年，煤炭、石油占总的能源消费的73.2%和8.4%。中国对能源的消费量位于世界的前列，但是中国的能源生产量不足，依赖于进口。根据BP 能源年鉴中国化石能源数据，我国的传统化石能源存在着过度开采的问题。所以我国需要改变能源的消费格局来缓解能源方面的供需矛盾。

在享受经济快速发展带来的便利的同时，我们也在忍受着大自然的反击。北京的雾霾“仙境”、酸雨、温室效应等环境问题也在告诉我们无节制的使用传统化石能源将会威胁我国经济和社会的可持续发展。

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