纤维素、半纤维素和木质素的催化气化特性

本文在小型气流床气化炉上以白云石和Na2CO3为催化剂，进行了3​​种主要生物质组分（纤维素、半纤维素和木质素）、秸秆和松木的催化气化试验，重点研究了3种主要生物质组分催化气化特性的差异。碳酸钠和白云石对半纤维素气化有较大的正向促进作用，显著提高了气化效率、气体热值和碳转化率，明显降低了焦油产率，碳酸钠的催化效果最优。

白云石对纤维素、半纤维素、木质素、秸秆和松木的气化均有正向催化作用；碳酸钠对半纤维素气化有明显的催化作用，但对纤维素、木质素、秸秆和松木的气化有抑制作用。碳酸钠适合催化半纤维素含量较高的生物质气化。不同催化剂对纤维素、半纤维素和木质素的催化气化特性的影响不同，因此应根据生物质的组分和性质选择生物质气化催化剂。

图1. 气流床气化实验装置示意图（1.送粉器A；2.送粉器B；3.气流床气化炉主体；4.温控系统；5.气化剂预热器；6.流量控制器；7.料斗；8.焦油收集系统；9.出口流量计；10.泵）【1】。

白云石对纤维素、半纤维素、木质素、秸秆、松木均表现出积极的催化作用，提高了气化效率、气体热值、碳转化率指标，降低了焦油产率，在所有生物质原料中，白云石对半纤维素的催化作用最为显著。添加白云石后,秸秆气化气的碳转化率、气化效率、热值分别由85.77%、56.84%、3119 KJ/Nm3提高到93.99%、62.90%、3373 KJ/Nm3;半纤维素气化气的碳转化率、气化效率、热值分别由86.77%、62.78%、3580 KJ/Nm3提高到89.96%、64.78%、3678 KJ/Nm3。

Na2CO3和白云石均对半纤维素气化有显著的正向促进作用,显著提高了气化效率、气体热值和碳转化率,并大幅度降低了焦油产率,Na2CO3的催化效果更显著。添加Na2CO3后，半纤维素气化气的碳转化率、气化效率、热值分别由86.77%、62.78%、3580 KJ/Nm3提高到96.20%、70.09%、3896 KJ/Nm3，焦油产率明显降低50%。

Na2CO3对半纤维素气化有明显的催化作用外，对纤维素、木质素、秸秆、松木的气化过程均有不同程度的抑制作用，因此Na2CO3可能适合催化半纤维素含量较高的生物质材料的气化过程。同一种催化剂对生物质的三大组分可能表现出完全不同的催化效果，天然生物质材料中三大组分的含量是不同的，因此同一种催化剂对不同的天然生物质材料可能表现出不同的催化效果，因此需要根据生物质材料的组分和性质选择合适的催化剂。

[1]Yu HaiMiao Y H M, Wu ZiLu W Z L, Chen Geng C G. Catalytic gasification characteristics of cellulose, hemicellulose and lignin[J]. 2018.

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