以CaO为吸收体的生物质无氧气化制氢的机理与试验研究
发布时间：2025-05-13 03:51
化石燃料是当今世界的主要能源。然而,化石燃料不仅面临日益短缺的问题,其利用还带来了严重的环境污染并加剧了温室效应。充分利用可再生能源,开发清洁、高效、低碳排放的先进能源利用技术尤为重要。以CaO为吸收体的生物质无氧气化制氢技术是近年来兴起的一种新型制氢方法。利用该技术不但可以利用可再生的生物质资源制取高纯度H2、构建高效的能源利用系统,而且能同时获得高浓度的CO2气体、便于实现温室气体CO2的运输和储存。本文主要针对该技术开展相关的机理和试验研究。 研究高CaO/C摩尔比条件下的生物质热解机理对分析生物质无氧气化反应物的分布具有重要意义,也有助于分析CaO对CO2和生物质焦油析出的影响规律。利用热重-傅里叶变换红外光谱联用方法进行了不同CaO添加量、不同升温速率下麦秆热解特性的试验研究。研究表明,在高CaO/C摩尔比条件下添加CaO后麦秆热解呈现出两个不同的阶段。在热解第一阶段(主要阶段),添加CaO明显降低了热解挥发分包括H2O、CO、CO2、CH4以及焦油类物质甲苯、间二甲苯、苯酚、蚁酸等的析出,该阶段热解失重量相应减少。CaO在麦秆热解中起到了CO2吸收剂和焦油分解催化剂的双...
【文章页数】：186 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
目次
1 绪论
1.1 引言
1.2 生物质能发展现状
1.2.1 生物质能概述
1.2.2 生物质能利用方式介绍
1.2.3 我国生物质能发展前景
1.3 制氢技术
1.3.1 氢能概述
1.3.2 化石燃料制氢技术
1.3.3 生物质制氢技术
1.3.4 水分解制氢技术
1.4 本文研究内容
2 以CaO为吸收体的生物质无氧气化制氢技术研究综述
2.1 引言
2.2 系统原理
2.3 基于CaO吸收体气化法的制氢系统介绍
2.3.1 零排放煤联盟的零排放碳(ZEC)技术
2.3.2 通用电气能源与环境研究公司的AGC系统
2.3.3 日本新能源和产业技术开发组织的HyPr-RING系统
2.3.4 浙江大学新型近零排放煤气化燃烧集成制氢系统
2.4 以CaO为吸收体的生物质无氧气化制氢技术研究现状
2.4.1 化学热力学平衡模拟
2.4.2 固定床实验
2.4.3 流化床实验
2.5 以CaO为吸收体的生物质无氧气化制氢技术存在的几个问题
2.5.1 CaO吸收剂循环碳酸化反应活性的降低
2.5.2 生物质焦油去除的机理
2.5.3 气化炉内最佳反应条件的确定
2.5.4 生物质气化加压给料
2.6 本章小结
3 高CaO/C摩尔比条件下生物质热解动力学和挥发份析出的机理研究
3.1 引言
3.2 实验与理论
3.2.1 实验样品
3.2.2 实验仪器与实验方法
3.2.3 热分析动力学理论
3.2.4 红外光谱分析理论
3.3 高CaO/C摩尔比条件下CaO对生物质热解失重特性的影响
3.3.1 CaO添加量对热解失重特性的影响
3.3.2 升温速率对热解失重特性的影响
3.4 高CaO/C摩尔比条件下的生物质热解动力学研究
3.5 高CaO/C摩尔比条件下CaO对生物质热解挥发份析出的影响
3.5.1 热解挥发份的红外光谱鉴定
3.5.2 外吸收光谱与热重数据的关联
3.5.3 高CaO/C摩尔比条件下CaO对生物质热解过程的影响
3.5.4 高CaO/C摩尔比条件下CaO对生物质热解挥发份析出量的影响
3.5.5 高CaO/C摩尔比条件下CaO对生物质热解挥发份析出过程的影响
3.6 本章小结
4 CaO碳酸化反应动力学及“煅烧—碳酸化”循环反应活性和活性改进试验研究
4.1 引言
4.2 实验方法
4.2.1 实验系统
4.2.2 CaO碳酸化反应实验方法
4.2.3 CaO吸收剂循环“煅烧—碳酸化”过程中碳酸化反应活性变化及活性改进研究的实验方法
4.3 CaO吸收剂加压碳酸化反应特性研究
4.3.1 总压力对碳酸化反应的影响
4.3.2 CO2分压对碳酸化反应的影响
4.3.3 碳酸化反应等温动力学模型建立
4.3.4 碳酸化反应动力学参数的求解
4.4 循环“煅烧—碳酸化”过程中CaO碳酸化反应活性及活性改进的研究
4.4.1 循环“煅烧—碳酸化”过程中煅烧压力对CaO碳酸化活性的影响
4.4.2 循环“煅烧—碳酸化”过程中水活化对CaO碳酸化活性改进的影响
4.4.3 以CaO为吸收体的生物质无氧气化制氢技术中CaO循环碳酸化活性改进的方案讨论
4.5 本章小结
5 常压鼓泡流化床中以CaO为吸收体的生物质无氧气化制氢的试验研究
5.1 引言
5.2 实验方法
5.2.1 实验材料
5.2.2 实验设备
5.2.3 实验步骤
5.3 气化操作变量对以CaO为吸收体的生物质无氧气化制氢的影响
5.3.1 CaO/C摩尔比对制氢的影响
5.3.2 H2O/C摩尔比对制氢的影响
5.3.3 反应温度对制氢的影响
5.3.4 与前人结果比较
5.4 本章小结
6 加压流化床试验台的设计、调试与热态制氢试验研究
6.1 引言
6.2 试验台设计原则和基本参数
6.3 试验台系统介绍
6.3.1 循环流化床双炉本体
6.3.2 给料装置
6.3.3 供气系统
6.3.4 排气系统
6.3.5 排灰系统
6.3.6 温度压力测量系统
6.4 试验台冷态试验研究
6.4.1 气密性试验
6.4.2 布风均匀性检查
6.4.3 流化床阻力特性试验
6.4.4 给料量标定
6.5 以CaO为吸收体的生物质无氧气化制氢的加压热态试验研究
6.5.1 试验方法
6.5.2 加压条件下气化操作变量对生物质无氧气化反应过程的影响
6.5.3 加压对生物质无氧气化碳转化率及冷煤气效率的影响
6.6 本章小结
7 以CaO为吸收体的生物质无氧气化制氢系统动力学模型建立与运行特性分析
7.1 引言
7.2 以CaO为吸收体的生物质无氧气化制氢的反应过程
7.3 生物质无氧气化制氢系统模型建立
7.3.1 生物质热解模型
7.3.2 生物质气化模型
7.3.3 CaO碳酸化反应模型
7.3.4 生物质半焦燃烧模型
7.3.5 CaCO3煅烧分解模型
7.3.6 能量平衡
7.4 程序设计
7.5 生物质无氧气化制氢系统模型计算分析
7.5.1 反应压力的影响
7.5.2 反应温度的影响
7.5.3 水蒸汽的影响
7.5.4 典型工况计算
7.6 本章小结
8 全文总结与工作展望
本文主要创新点
本文研究展望
参考文献
作者简历
本文编号：4045698
【文章页数】：186 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
目次
1 绪论
1.1 引言
1.2 生物质能发展现状
1.2.1 生物质能概述
1.2.2 生物质能利用方式介绍
1.2.3 我国生物质能发展前景
1.3 制氢技术
1.3.1 氢能概述
1.3.2 化石燃料制氢技术
1.3.3 生物质制氢技术
1.3.4 水分解制氢技术
1.4 本文研究内容
2 以CaO为吸收体的生物质无氧气化制氢技术研究综述
2.1 引言
2.2 系统原理
2.3 基于CaO吸收体气化法的制氢系统介绍
2.3.1 零排放煤联盟的零排放碳(ZEC)技术
2.3.2 通用电气能源与环境研究公司的AGC系统
2.3.3 日本新能源和产业技术开发组织的HyPr-RING系统
2.3.4 浙江大学新型近零排放煤气化燃烧集成制氢系统
2.4 以CaO为吸收体的生物质无氧气化制氢技术研究现状
2.4.1 化学热力学平衡模拟
2.4.2 固定床实验
2.4.3 流化床实验
2.5 以CaO为吸收体的生物质无氧气化制氢技术存在的几个问题
2.5.1 CaO吸收剂循环碳酸化反应活性的降低
2.5.2 生物质焦油去除的机理
2.5.3 气化炉内最佳反应条件的确定
2.5.4 生物质气化加压给料
2.6 本章小结
3 高CaO/C摩尔比条件下生物质热解动力学和挥发份析出的机理研究
3.1 引言
3.2 实验与理论
3.2.1 实验样品
3.2.2 实验仪器与实验方法
3.2.3 热分析动力学理论
3.2.4 红外光谱分析理论
3.3 高CaO/C摩尔比条件下CaO对生物质热解失重特性的影响
3.3.1 CaO添加量对热解失重特性的影响
3.3.2 升温速率对热解失重特性的影响
3.4 高CaO/C摩尔比条件下的生物质热解动力学研究
3.5 高CaO/C摩尔比条件下CaO对生物质热解挥发份析出的影响
3.5.1 热解挥发份的红外光谱鉴定
3.5.2 外吸收光谱与热重数据的关联
3.5.3 高CaO/C摩尔比条件下CaO对生物质热解过程的影响
3.5.4 高CaO/C摩尔比条件下CaO对生物质热解挥发份析出量的影响
3.5.5 高CaO/C摩尔比条件下CaO对生物质热解挥发份析出过程的影响
3.6 本章小结
4 CaO碳酸化反应动力学及“煅烧—碳酸化”循环反应活性和活性改进试验研究
4.1 引言
4.2 实验方法
4.2.1 实验系统
4.2.2 CaO碳酸化反应实验方法
4.2.3 CaO吸收剂循环“煅烧—碳酸化”过程中碳酸化反应活性变化及活性改进研究的实验方法
4.3 CaO吸收剂加压碳酸化反应特性研究
4.3.1 总压力对碳酸化反应的影响
4.3.2 CO2分压对碳酸化反应的影响
4.3.3 碳酸化反应等温动力学模型建立
4.3.4 碳酸化反应动力学参数的求解
4.4 循环“煅烧—碳酸化”过程中CaO碳酸化反应活性及活性改进的研究
4.4.1 循环“煅烧—碳酸化”过程中煅烧压力对CaO碳酸化活性的影响
4.4.2 循环“煅烧—碳酸化”过程中水活化对CaO碳酸化活性改进的影响
4.4.3 以CaO为吸收体的生物质无氧气化制氢技术中CaO循环碳酸化活性改进的方案讨论
4.5 本章小结
5 常压鼓泡流化床中以CaO为吸收体的生物质无氧气化制氢的试验研究
5.1 引言
5.2 实验方法
5.2.1 实验材料
5.2.2 实验设备
5.2.3 实验步骤
5.3 气化操作变量对以CaO为吸收体的生物质无氧气化制氢的影响
5.3.1 CaO/C摩尔比对制氢的影响
5.3.2 H2O/C摩尔比对制氢的影响
5.3.3 反应温度对制氢的影响
5.3.4 与前人结果比较
5.4 本章小结
6 加压流化床试验台的设计、调试与热态制氢试验研究
6.1 引言
6.2 试验台设计原则和基本参数
6.3 试验台系统介绍
6.3.1 循环流化床双炉本体
6.3.2 给料装置
6.3.3 供气系统
6.3.4 排气系统
6.3.5 排灰系统
6.3.6 温度压力测量系统
6.4 试验台冷态试验研究
6.4.1 气密性试验
6.4.2 布风均匀性检查
6.4.3 流化床阻力特性试验
6.4.4 给料量标定
6.5 以CaO为吸收体的生物质无氧气化制氢的加压热态试验研究
6.5.1 试验方法
6.5.2 加压条件下气化操作变量对生物质无氧气化反应过程的影响
6.5.3 加压对生物质无氧气化碳转化率及冷煤气效率的影响
6.6 本章小结
7 以CaO为吸收体的生物质无氧气化制氢系统动力学模型建立与运行特性分析
7.1 引言
7.2 以CaO为吸收体的生物质无氧气化制氢的反应过程
7.3 生物质无氧气化制氢系统模型建立
7.3.1 生物质热解模型
7.3.2 生物质气化模型
7.3.3 CaO碳酸化反应模型
7.3.4 生物质半焦燃烧模型
7.3.5 CaCO3煅烧分解模型
7.3.6 能量平衡
7.4 程序设计
7.5 生物质无氧气化制氢系统模型计算分析
7.5.1 反应压力的影响
7.5.2 反应温度的影响
7.5.3 水蒸汽的影响
7.5.4 典型工况计算
7.6 本章小结
8 全文总结与工作展望
本文主要创新点
本文研究展望
参考文献
作者简历
本文编号：4045698
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