生物质微波热解定向转化合成气的基础研究

合成气作为一种广泛应用的化工原料和燃料主要由常规化石能源转化而来，在能源危机和环境保护的双重压力下，开展以合成气为目标产物的生物质热解的研究有重要现实意义。与常规热解相比，生物质微波热解有更高的合成气产率，应用前景广阔，但目前系统研究较少，反应机理有待深入探索。本项目首次将热分析方法引入微波热解实验，在微波热重综合实验系统上进行以制取富含合成气的热解气为目标的生物质热解实验并对反应动力学特性进行研究；鉴于热解气中含有大量的焦油以及CO2、CH4和水蒸气，在微波二次反应装置上进行热解气体（含焦油）的重整实验，阐明微波辐射下热解气中焦油的二次反应特性以及CO2、CH4和水蒸气重整制取合成气的反应机理，探索适合生物质微波热解转化合成气的催化剂类型以及金属催化剂微波活化再生的可行性，揭示生物质在微波辐射下定向转化合成气的反应规律和转化途径，为生物质到合成气的高效转化利用奠定基础。

本项目首次将热分析方法引入微波热解实验，建设了可进行在线测重的生物质微波热解系统，据此可根据热分析的相关理论对反应过程及机理进行定量描述。实验考察了生物质在微波加热过程中的升温及失重特性以及不同反应条件下生物质热解产物分布情况，实验结果也证实了该方法的有效性和实用性。.对微波辐照条件下生物质焦催化CO2重整CH4进行了系统研究。考察了不同生物质焦的催化活性，全面研究了不同反应条件对反应气转化率、出口气体中合成气比例以及合成气氢碳比的影响，并且对CH4裂解、CO2重整CH4和CO2气化反应特性进行了综合比较。结果表明，增加微波功率、加大CO2与CH4摩尔比以及降低空速均利于反应气向合成气转化。H2与CO比值随微波功率的增加而升高，而提高CO2与CH4摩尔比和降低空速均可导致H2与CO比值的下降。.为了考察水蒸汽的引入对重整反应的影响，开展了CO2/H2O联合重整CH4的试验研究。研究发现，引入适当比例的水蒸汽不仅强化了反应气的转化，而且可以有效提升合成气氢碳比。增加微波功率、加大CO2与CH4摩尔比以及降低空速均促进了反应气转化，而且改变上述参数更容易引起CH4转化率的变化。联合重整反应中CH4转化率明显高于重整反应，联合重整反应前期CO2转化率高于重整反应，后期两者较为接近。.以甲苯和苯作为焦油模型化合物，开展了微波辐照条件下的裂解试验。结果发现增加微波功率可促进甲苯和苯的裂解，H2含量最高可达91.3-96vol%。引入CO2与焦油发生重整反应，可提高焦油的转化率以及合成气收率，而且有利于消除积炭。.上述研究结果，基本实现了预期目标，回答了生物质定向转化合成气的几个关键问题，为该工艺的后续完善提供了重要参考。已发表SCI/EI论文10篇，培养博士生和硕士生各2名。

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