生物质合成气高低温变换制氢实验研究

发布时间：2020-03-29 15:56

【摘要】：随着世界化石能源日益枯竭,人类对可再生能源的需求与日俱增。化石能源所衍生的环境污染、温室效应等问题,已经对人们的生存环境产生了极大的危害。鉴于此,开发清洁的可再生能源无论对于现在还是未来都有重要的意义。生物质资源是最可靠的可再生能源,而氢能是清洁能源利用载体,利用生物质制氢有望成为人类社会能源系统整体转型的途径之一。生物质合成气高、低温变换制氢是一种新的制氢工艺路线,本文搭建了变换反应的实验台,用CO、CO2、H2、CH4、N2等配气模拟生物质合成气,针对生物质合成气CO2组分较高的特点分别模拟了CO2组分0 vol.%~30 vol.%、37 vol.%,已高于一般合成气中CO2的组分含量。使用Fe-Cr高温变换与Cu-Zn低温变换催化剂进行了生物质合成气变换反应实验,同时用热力学平衡的方法模拟生物质合成气变换反应的平衡组分并和实验数据进行比较,得出了反应温度、H2O/CO比和空速等关键参数对生物质合成气变换制氢的影响。使用Fe-Cr系高温变换催化剂的研究结果表明,CO2的浓度变化对Fe-Cr催化剂的活性温区影响较小,最佳反应温度为450℃,变换催化剂对模拟生物质合成气的选择性良好,在低H2O/CO比时没有甲烷化副反应发生,高温变换最佳H2O/CO比为3。由相对改善效率(RIE)的计算结果发现,对于CO2组分较高(高于20 vol.%)的生物质合成气适宜的反应空速应低于2500h-1。使用Cu-Zn系低温变换催化剂的研究结果表明,高浓度(37 vol.%)CO2组分会使低温变换最佳反应温度从200℃提高至250℃。在实验工况的范围内最高CO变换率可达90.7%,H2 increase(氢增益)可达4.23 vol.%。生物质合成气低温变换的最佳反应参数为:反应温度250℃、H2O/CO ratio 5,空速应低于2750h-1。将热力学模拟计算的平衡组分与实验数据作比较,发现高温变换催化剂在反应温度低于450℃和低温变换催化剂在反应温度低于250℃时的实验数据与平衡计算结果偏差较大,这说明提高反应温度可促进变换催化剂的活性,使变换反应的产物组分更接近化学平衡的结果。对于CO2含量最高的模拟生物质合成气(含CO230 vol.%)通过高温变换后产气中CO2组分提高为37 vol.%,再以此产气组分通过低温变换得出总的H2increase为12.36 vol.%,其中高温变换占79.2%的贡献,而低温变换仅贡献20.8%。本文的研究成果可供开发生物质合成气变换制氢的工艺参考。
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TQ116.2;TK6

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本文编号：2606191