生物质高温水蒸气气化制备富氢燃气的研究
发布时间：2020-07-11 21:37
【摘要】：氢被认为是21世纪理想的清洁能源,生物质气化制备富氢燃气技术是非常有前景的制氢技术之一。目前制约此技术发展的主要问题是燃气中H2含量低,焦油含量高以及燃气热值低等。高温水蒸气作为气化介质是提高燃气中H2含量、降低焦油含量以及提高燃气质量的有效手段。以木屑和稻壳为原料,在固定床反应器中进行生物质高温水蒸气气化制备富氢燃气的探索研究,以获得较高的产氢率。 热解是生物质气化过程重要反应步骤,通过对热解过程的研究,可以为生物质高温水蒸气气化制备富氢燃气提供理论基础。首先考查了温度(750~1050℃)对生物质热解过程的影响,研究结果表明升高温度加快了反应进程,有利于富氢燃气的生成。温度从750℃升高到1050℃的过程中,木屑产氢率从8.30 g/kg生物质(干燥基)升高到20.64 g/kg生物质(干燥基),稻壳产氢率从4.28 g/kg生物质(干燥基)升高到14.72 g/kg生物质(干燥基);在1050℃时二者燃气中CO与H2含量之和可以达到70 %以上;热解燃气低位热值(LHV)在13~14.50 MJ/Nm~3范围内,并且随着温度的增加而降低。 其次进行生物质高温水蒸气气化制备富氢燃气的研究,反应温度为750~1050℃、水蒸气流量(0.32~1.50 g/min)。研究结果表明,升高温度以及使用高温水蒸气作为气化介质使产氢率和产气率得到提高,明显高于热解所得值。温度为1000℃,水蒸气的流量为1.02 g/min时木屑产氢率达到最大,为71.08 g/kg生物质(干燥基)(是理论最大产氢率的41.32 %),此时燃气中H2含量为51.03 %;温度为1050℃,水蒸气的流量为1.02 g/min时,稻壳产氢率达到最大,为57.05 g/kg生物质(干燥基)(是理论最大产氢率的32.52 %),此时燃气中H2含量为44.58 %;燃气低位热值(LHV)在11~13 MJ/Nm~3范围内变化,低于热解所得燃气的热值;水蒸气的流量在850℃时对于此实验有一个最佳值,为1.02 g/min。 最后对木屑热解和高温水蒸气气化过程中的焦油做了GC-MS分析,研究结果表明:燃气中焦油含量随着温度的升高和水蒸气的量增加而降低;在1050℃,水蒸气流量为1.02 g/min时焦油含量最低,为17.30 g/Nm~3。 本研究利用生物质高温水蒸气气化的方法,制备了氢气含量在45 %以上,低位热值(LHV)在11 MJ/m~3以上的富氢燃气,同时避免了使用催化剂所带来的弊端,为生物质高温水蒸气气化的实际应用提供了基础数据和理论基础。
【学位授予单位】：中国林业科学研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TK6
【图文】：
国太平洋西北实验室(Pacific Northwest National Laboratory，PNL)、夏威夷自然能源研究所(Hawaii Natural Energy Institute，HNEI)等科研机构研究了超临界水催化制 H2反应过程的机理、动力学、热力学及催化剂的研究涉及的典型模型化合物有葡萄糖、甲醇、纤维素、木质素，涉及的生物质原料有水葫芦、马铃薯和玉米淀粉，还涉及有机废物/水，如市政污泥，皮革废物等[31]。
进化学反应的发生[47]。图1-2表示出了在不同温度下过热蒸气和N2焓值的不同。在300 ℃时，过热蒸气的焓值大约是 N2的 5 倍，这主要是由于水比起其他液体有更高的潜热[47]。Osamu Yamada[47]的研究结果表明，以 900 ℃的过热蒸气为气化介质时，氢气的含量由热解时的 32 %提高到 52 %，CO 由 29 %降低到 13 %，CO2由 20 %上升到 29 %。由于其主要反应是吸热反应过程，所以需要外供热源，这样增加了能耗，对于高温水蒸气气化制氢的研究还很少。但是如果可以将系统自身的余热用于高温水蒸气的加热可以有效解决此问题
图 1-3 FERCO SilvaGas 工艺流程 图 1-4 MICI 工艺流程 图 1-5 快速内循环流化床工艺Fig1-3 FERCO SilvaGas process Fig1-4 MICI process Fig1-5 FICIB process1.2.3 生物质高温水蒸气气化制备富氢燃气过程的评价指标气化性能评价指标主要是产气率、燃气组成和热值、碳转化率、气化效率、气化强度和燃气中焦油含量等[56]。对于不同的应用场所，这些指标的重要性不一样，因此气化工艺的选择必须根据具体的应用场所而定。在本研究中主要采用以下指标对生物质高温水蒸气气化制氢过程进行评价：（1）潜在产氢率Turn[51]将潜在产氢率(hydrogen yield potential，HYP)定义为：已有产氢率与理论上可通过 CO 变换反应(1-2)与碳氢化合物水蒸气重整反应(1-11)转换的产氢率之和。潜在产氢率反映了燃气通过 CO 变换及水蒸气重整高碳烃制氢的能力[20]。生物质潜在产氢率概念
本文编号：2750961
【学位授予单位】：中国林业科学研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TK6
【图文】：
国太平洋西北实验室(Pacific Northwest National Laboratory，PNL)、夏威夷自然能源研究所(Hawaii Natural Energy Institute，HNEI)等科研机构研究了超临界水催化制 H2反应过程的机理、动力学、热力学及催化剂的研究涉及的典型模型化合物有葡萄糖、甲醇、纤维素、木质素，涉及的生物质原料有水葫芦、马铃薯和玉米淀粉，还涉及有机废物/水，如市政污泥，皮革废物等[31]。
进化学反应的发生[47]。图1-2表示出了在不同温度下过热蒸气和N2焓值的不同。在300 ℃时，过热蒸气的焓值大约是 N2的 5 倍，这主要是由于水比起其他液体有更高的潜热[47]。Osamu Yamada[47]的研究结果表明，以 900 ℃的过热蒸气为气化介质时，氢气的含量由热解时的 32 %提高到 52 %，CO 由 29 %降低到 13 %，CO2由 20 %上升到 29 %。由于其主要反应是吸热反应过程，所以需要外供热源，这样增加了能耗，对于高温水蒸气气化制氢的研究还很少。但是如果可以将系统自身的余热用于高温水蒸气的加热可以有效解决此问题
图 1-3 FERCO SilvaGas 工艺流程 图 1-4 MICI 工艺流程 图 1-5 快速内循环流化床工艺Fig1-3 FERCO SilvaGas process Fig1-4 MICI process Fig1-5 FICIB process1.2.3 生物质高温水蒸气气化制备富氢燃气过程的评价指标气化性能评价指标主要是产气率、燃气组成和热值、碳转化率、气化效率、气化强度和燃气中焦油含量等[56]。对于不同的应用场所，这些指标的重要性不一样，因此气化工艺的选择必须根据具体的应用场所而定。在本研究中主要采用以下指标对生物质高温水蒸气气化制氢过程进行评价：（1）潜在产氢率Turn[51]将潜在产氢率(hydrogen yield potential，HYP)定义为：已有产氢率与理论上可通过 CO 变换反应(1-2)与碳氢化合物水蒸气重整反应(1-11)转换的产氢率之和。潜在产氢率反映了燃气通过 CO 变换及水蒸气重整高碳烃制氢的能力[20]。生物质潜在产氢率概念
【参考文献】
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1 郑安桥;张先中;苏亚欣;;生物质气化制氢研究现状[J];能源与环境;2007年02期
2 肖云汉;煤制氢零排放系统[J];工程热物理学报;2001年01期
3 马隆龙;;生物质能利用技术的研究及发展[J];化学工业;2007年08期
4 付鹏;向军;张安超;徐朝芬;胡松;;生物质空气—水蒸气催化气化制氢技术[J];化工时刊;2006年11期
5 马承荣,肖波,杨家宽,李建芬,郭勇,周新平;生物质热解影响因素研究[J];环境技术;2005年05期
6 吕鹏梅,熊祖鸿,常杰,付严,陈勇;生物质催化气化制取富氢燃气的研究[J];环境污染治理技术与设备;2003年11期
7 吕鹏梅;袁振宏;马隆龙;吴创之;陈勇;;生物质废弃物催化裂解制备富氢燃气实验研究[J];环境污染治理技术与设备;2006年09期
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9 林鹏;虞亚辉;罗永浩;陈yN;;生物质热化学制氢的研究进展[J];化学反应工程与工艺;2007年03期
10 王丰华;陈庆辉;;生物质能利用技术研究进展[J];化学工业与工程技术;2009年03期
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本文编号：2750961
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