高温铜渣催化木屑水蒸气气化的实验研究.pdf

2012 年10月 The Chinese Journal of Process Engineering Oct. 2012收稿日期:2012?06?25,修回日期:2012?08?27 基金项目:国家自然科学基金资助项目(编号:50906035);云南省自然科学基金资助项目(编号:2009ZC014M);云南省教育厅科学研究基金资助项目(编号:09Z0015) 作者简介:李娟琴(1986?),女,云南省临沧市人,硕士研究生,研究方向为生物质能源;胡建杭,通讯联系人,Tel: 0871-5153405, E-mail: ******@.高温铜渣催化木屑水蒸气气化的实验研究李娟琴1, 胡建杭1, 王华1,2, 邓双辉1, 胡威1(1. 昆明理工大学冶金与能源工程学院冶金节能减排教育部工程研究中心,云南昆明 650093;2. 云南省复杂有色金属资源清洁利用国家重点实验室,云南昆明 650093)摘要:利用高温铜渣的显热作为外热源,进行铜渣催化木屑水蒸气气化的实验研究,通过XRD分析催化反应前后铜渣的物相组成,结合催化气化后产气特性分析,推断铜渣的催化活性组分,测定气化反应前后铜渣的温度,计算铜渣的显热量和余热利用率. 结果表明,催化气化后铜渣出现Fe2O3特征峰,煅烧渣的Fe2O3和Fe3O4特征峰减少且强度减弱. 催化后H2含量明显增加,CH4和C2H4含量明显降低. 由此推断铜渣的催化活性组分为Fe2O3和Fe3O4,其含量越高,铜渣催化效果越好. 气化温度(720~950℃)范围内铜渣温度降低130~240℃,~ kJ/kg,%~%. 关键词:铜渣;余热;水蒸气气化;木屑中图分类号:X75 文献标识码:A 文章编号:1009?606X(2012)05?0876?061 前言生物质气化产物焦油制约着气化技术的大规模发展,催化裂解法是焦油转化最有效的方法[1]. 现有的焦油催化剂主要包括天然矿石、碱金属和金属Ni基催化剂[2?4]. 白云石机械强度差,Ni基催化剂昂贵且易失活,橄榄石是一种含铁催化材料,主要成分为(MgFe)2SiO4,因其抗磨损能力强且廉价易得而深受关注. Devi等[5]研究发现煅烧后的橄榄石中Fe2O3对生物质气化起催化作用;魏立纲等[6]研究发现橄榄石中Fe2O3量增加,其催化活性相应提高;Matsuoka等[7]研究表明橄榄石中Fe3O4促进了水煤气转化反应和焦油的裂解. 铜渣是铜冶炼的副产品,其主要成分为铁橄榄石(Fe2SiO4),经煅烧处理后主要物相为Fe2O3和Fe3O4. 另外,熔融铜渣温度在1100～1300℃,热焓约为1200 MJ/t,～[8]计,带走的热量相当于100～137万t标煤. 可见,铜渣是温度高、含热量大的二次能源. 目前,国内外研究者利用高温冶金渣粒供给水蒸汽催化反应和烃类物质炭化分解等吸热化学反应热量,回收余热[9]. Maruoka等[10]利用钢熔渣显热为CH4?H2O重整制氢吸热反应供热,Pur