载Ni-(2+)_Fe-(...催化污泥蒸汽气化制富氢燃气_周梅.pdf
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1、第 卷 第 期 年 月 化 学 工 程()收稿日期:基金项目:国家自然科学基金青年基金资助项目();陕西省自然科学基础研究计划();中央高校基本科研业务费专项资助项目()作者简介:周梅(),女,硕士,研究方向为固体废弃物处置与资源化,电话:,:;韩融(),女,博士,副教授,通信联系人,研究方向为固体废弃物处置与资源化,电话:,:。能源化工载 海泥催化污泥蒸汽气化制富氢燃气周 梅,程 阳,韩 融,田玉玲,王成杰,葛强茹,(长安大学 水利与环境学院;旱区地下水文与生态效应教育部重点实验室,陕西 西安)摘要:以滩涂海泥()为催化剂载体,通过共浸渍法制备了 、基低负载催化剂并进行表征分析。考察了负载金
2、属、负载率、温度等因素对污泥蒸汽气化效果的影响。结果表明:所制备催化剂的催化性能为 。低负载 催化剂具有优异的催化活性:在相同气化条件下,可有效提高合成气产率、纯度及 产率;在相同 产率条件下,可显著降低气化温度。,催化剂 负载率为 时,获得最大合成气产率()、纯度()和 产率(),相比无催化剂(对照组)分别提高了 、和 。基催化剂中 的形成可有效协同 裂解 和 裂解,从而提升污泥气化产氢的效果。关键词:污泥;蒸汽气化;富氢燃气;海泥;催化中图分类号:文献标识码:文章编号:():,(;,):,(),(.),()(),:;污泥蒸汽气化制富氢燃气作为一种污泥处置技术,有望将固体废物转化为新型清洁能
3、源,继而替代传统燃料,助力实现“双碳”目标。催化剂常被用来提高气化产物中 产率和纯度。基催化剂因其高催化活性而备受青睐,但其表面的结焦和烧结现象显著影响了催化效果。有研究通过在 基中添加 来解决结焦问题。而 负载率相对较高,催化剂制备成本高,限制了其应用。此外,催化剂载体也面临制备成本高、操作性难等问题。若寻找一种廉价易得的周 梅等 载 海泥催化污泥蒸汽气化制富氢燃气 投稿平台:催化剂载体替代昂贵催化剂的同时又能提高生物质气化产氢能力,不失为一种新的突破。滩涂海泥()作为一种限制海岸经济带发展的海洋废弃物,本身具有天然矿物质的基本属性,含有石英、蒙脱石、伊利石等矿物组分。由于天然矿物具备较大的
4、比表面积、特殊晶体结构、资源丰富、易加工及廉价的特点,可为金属添加剂提供更多活性位点,被广泛用作催化剂或催化剂载体,而 本体的阴阳离子和金属氧化物也能在蒸汽气化过程中起到一定的催化作用。基于此,利用 的矿物结构特征及富含盐度离子和金属氧化物()的特点,以 作为催化剂载体,通过共浸渍法制备 、低负载 催化剂,研究其催化污泥蒸汽气化的产氢效果和气化机理。材料与方法 实验材料市政污泥采自西安第四污水处理厂的脱水污泥(含水率),采自浙江滨海(含水率)。干化污泥的工业分析和元素分析如表 所示,的主要化学组成如表 所示。表 干化污泥工业分析与元素分析(质量分数)()工业分析元素分析 表 的主要化学组成(质
5、量分数)()的 和 图谱如图 所示。图显示 颗粒结构疏松,孔道丰富;图谱中出现,同时还含有、等黏土中常见元素。图 的 和 图 催化剂的制备以()和()为前驱体,称取一定量前驱体与 溶于 去离子水中,在磁力搅拌器中()搅拌 ,后静置 ,于干燥,煅烧,制得催化剂、和,负载率分别为、,二元金属负载中()()。污泥蒸汽气化装置与方法可滑动卧式污泥蒸汽气化系统如图 所示。在惰性气氛()下将物料置于石英管非加热端。水平滑动预热到既定温度的气化炉,使物料处于加热区中央,通入水蒸汽()反应 。产生的合成气依次经过脱脂棉、冷凝器和洗气瓶后计量收集。冷却后,取出半焦称量、干燥保存。图 蒸汽气化反应装置 化学工程
6、年第 卷第 期 投稿平台:分析及计算方法 分析方法元素分析仪测定样品、质量分数;使用气相色谱(美国 ),利用氢火焰离子化检测器()和热导检测器()测定合成气组分(、和);采用 仪()表征样 品 表 面 官 能 团,波 长 扫 描 范 围 ,光 谱 分 辨 率 ;射 线 衍 射 仪()()表征样品晶体结构,扫描步长 ,扫描速度 ,扫描范围。计算方法合成气产率 ()产率()()()低位热值()()()()()式中:为合成气产率,;为合成气体积,;为污泥质量,;()为 产率,;()、()、()、()分别为合成气中、(、和)的体积分数,;为低位热值,。结果与讨论 催化剂特性催化剂的 图谱如图 所示。在
7、 、处发现 衍射峰。铁的负载表明该催化剂可催化蒸汽气化促 的生成。在 、处发现 衍射峰。基在焦油重整和催化产氢方面发挥重要作用。和 在、出现 衍射峰。基催化剂易被烧结失活,而 合金可有效缓解该现象。因此 合金可结合 基和 基的优点,提高复合催化剂的活性。负载率由 升至 时,的衍射峰结晶度升高,衍射峰的结晶度降低。图 催化剂的 图谱 催化剂对污泥蒸汽气化产气效果的影响当 时,考察不同催化剂对污泥蒸汽气化产气的影响。制备的合成气组分如图 所示。图 催化剂对合成气组分的影响 相比,金属负载 催化剂可提高合成气中纯度,降低、和 纯度,表明 负载、基催化剂能促进污泥气化制氢,主要促进了水煤气变换反应式(
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