4.2 催化剂应用及催化转化反应机理研究
将催化剂用于生物质热解气化主要有三个作用[4]:一是可以降低热解气化反应温度,减少能耗;二是可以减少气化介质,如水蒸气的投入;三是可以进行定向催化裂解,促进反应达到平衡,得到更多的目的产物.在催化剂应用过程中,考虑到催化剂的机械强度及使用寿命等问题,一般将生物质气化和催化交换设在不同的反应器,见图1.但另设一固定床催化反应器,既增加了系统阻力,又增加了投资成本;如将生物质气化和催化交换设在同一反应器,就对催化剂的活性、耐温性能、机械强度及使用寿命等提出了比较高的要求.同时由于焦油催化裂解的附加值小,其成本要很低才有实际意义,因此人们除利用石油工业的催化剂外,主要使用一些天然产物.
目前用于生物质催化气化的催化剂有白云石、镍基催化剂、高碳烃或低碳烃水蒸气重整催化剂、方解石和菱镁矿等.这几种催化剂的成分组成见第35页表2.
Corella[5]等认为白云石可以消除气化气中90%～95%的焦油,即在气化炉出口焦油含量为2g/m3～20g/m3,经过白云石床层后焦油含量降低为0.5g/m3～1.0g/m3.
Delgado[3]等通过实验对白云石、方解石、菱镁矿的催化活性进行了比较,从实验结果分析,在裂解焦油方面,这三种矿石的活性顺序为:白云石(CaO-MgO)>方解石(MgO)>菱镁矿(CaO).Delgado等[3]认为这是由于在白云石中,两种氧化物的混合改变了Ca和Mg原子的排列顺序所致.关于焦油的催化裂解机理,Corella等[3]认为在水蒸气重整生物质气化气消除焦油的反应过程中,同时可以发生CO2干重整反应,即CO2会与焦油及部分低碳烃发生反应,促进焦油的分解.