【摘要】：氫能作為清潔、高效的能源載體具有替代化石資源的潛在價(jià)值,而生物質(zhì)氣化制氫是很有前景的制氫技術(shù)之一。生物質(zhì)氣化制氫最主要問題是合成氣中氫氣體積分?jǐn)?shù)低且產(chǎn)物中焦油含量高。生物質(zhì)炭化技術(shù)可有效減少原料中揮發(fā)分的含量,以炭為原料氣化可有效避免焦油對(duì)氣化進(jìn)程的影響。此外,原料炭化后具有高的吸水性,可于催化劑溶液中浸漬吸收達(dá)到負(fù)載催化劑的目的,從而提升炭氣化速率。本文主要以炭化后的生物質(zhì):木屑炭、木片炭、玉米芯炭等為原料,在固定床上吸式氣化爐中進(jìn)行生物質(zhì)炭催化水蒸氣氣化制取富氫合成氣的研究,主要的研究?jī)?nèi)容和成果如下:1、研究了生物質(zhì)炭水蒸氣氣化制取富氫合成氣,考察了反應(yīng)溫度(750~950℃)、水蒸氣流量(0.2~1.0 g/min)、不同類型炭和粒徑對(duì)生物質(zhì)炭氣化特性的影響。首先,以生物質(zhì)炭為原料水蒸氣氣化可制得氫氣體積分?jǐn)?shù)高的合成氣(60%),合成氣中H_2/CO值能達(dá)到3左右,在相同的氣化條件下,木片炭產(chǎn)氫率最高可達(dá)222.8 g/kg。以木片炭和玉米芯炭為對(duì)象,探究了粒徑對(duì)氣化結(jié)果的影響,研究表明粒徑對(duì)氣體組分影響較小,但隨著粒徑增大炭轉(zhuǎn)化率呈提升趨勢(shì),而大粒徑可有效避免過程夾帶損失。以木屑炭為原料研究了反應(yīng)溫度和水蒸氣流量的影響,反應(yīng)溫度和水蒸氣流量的升高有利于生物質(zhì)炭氣化,炭轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)氣率和產(chǎn)氫率均隨著溫度和水蒸氣流量的增加而增加。但高溫不利于H_2體積分?jǐn)?shù),隨著溫度從800℃升高至950℃,H_2體積分?jǐn)?shù)從65.8%下降至61.2%,CO體積分?jǐn)?shù)有明顯的提升而CO_2體積分?jǐn)?shù)有所下降,H_2/CO降至3.35。水蒸氣流量的增加盡管能促進(jìn)氫氣體積分?jǐn)?shù),但過多的水蒸氣對(duì)氣化結(jié)果影響較小,最適合的水蒸氣流量在0.4~0.6 g/min之間。2、以塊狀的玉米芯炭為原料并于催化劑溶液中浸漬吸收負(fù)載催化劑,探究了不同催化劑(KOH、NaOH、K_2CO_3和Na_2CO_3)、催化劑溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)、反應(yīng)溫度和水蒸氣流量對(duì)玉米芯炭水蒸氣氣化結(jié)果的影響。通過塊狀的玉米芯炭于催化劑溶液中浸漬吸收催化劑為有效的方法,炭氣化速率大幅度提升。吸收催化劑后對(duì)各氣體組分體積分?jǐn)?shù)影響較小,但炭轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)氣率和產(chǎn)氫率均有明顯的增加。以KOH溶液預(yù)處理時(shí)可得到最大產(chǎn)氫率。四種催化劑的催化能力:KOH和NaOH略大于K_2CO_3和Na_2CO_3。催化劑溶液(KOH)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的提升可增加催化劑的負(fù)載量,更有利于炭氣化,氣體中CO_2體積分?jǐn)?shù)降低、CO體積分?jǐn)?shù)升高、H_2體積分?jǐn)?shù)略微下降。而產(chǎn)氫率隨著催化劑溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì),最大產(chǎn)氫率為197.8 g/kg,在催化劑溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)(KOH)為6%時(shí)取得。溫度和水蒸氣流量對(duì)炭氣化結(jié)果的影響和未添加催化劑時(shí)相似,但以達(dá)到相同的炭轉(zhuǎn)化率為目的時(shí),在有催化劑的條件下反應(yīng)時(shí)間可縮短一半,水蒸氣消耗量也可大幅度縮減。3、以木片炭為原料,以相同的催化劑負(fù)載方法探究了不同催化劑(KOH、K_2CO_3、CH_3COOK和KCl)、催化劑溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)、反應(yīng)溫度和氣化劑對(duì)木片炭氣化結(jié)果的影響。KOH和K_2CO_3對(duì)木片炭氣化催化效果相近,氣體組分中CO體積分?jǐn)?shù)可觀察到明顯的提升,H_2體積分?jǐn)?shù)和CO_2體積分?jǐn)?shù)有所下降,炭轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)氫率同樣也觀察到明顯的提升;CH_3COOK的催化活性低于KOH和K_2CO_3,各組分變化程度不如以KOH和K_2CO_3為催化劑時(shí)顯著,炭轉(zhuǎn)率和產(chǎn)氫率也偏低;KCl對(duì)木片炭氣化催化效果不顯著。四種催化劑催化活性為:KOH≈K_2CO_3CH_3COOKKCl。催化劑溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)(KOH)對(duì)木片炭氣化結(jié)果的影響和玉米芯炭類似,氣體中H_2體積分?jǐn)?shù)和CO_2體積分?jǐn)?shù)降低,CO體積分?jǐn)?shù)升高,產(chǎn)氫率最大為197.2 g/kg,在溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%時(shí)取得。溫度和水蒸氣流量對(duì)木片炭氣化結(jié)果的影響始終和未添加催化劑時(shí)一致。氧氣的加入可提升炭轉(zhuǎn)化率,并調(diào)控合成氣中H_2/CO,但ER值升高不利于產(chǎn)氫,H_2體積分?jǐn)?shù)和產(chǎn)氫率均隨ER值升高而降低,CO體積分?jǐn)?shù)呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì),CO_2體積分?jǐn)?shù)持續(xù)上升,因此ER值不宜過大,0.2~0.3之間為較合適的ER值。本研究以生物質(zhì)炭為原料進(jìn)行催化水蒸氣氣化制取富氫合成氣,利用炭于催化劑溶液中浸漬吸收為有效的方法,氣化速率大幅度提升,氣化產(chǎn)物中無焦油產(chǎn)生且合成氣中氫氣體積分?jǐn)?shù)可達(dá)60%左右,H_2/CO值可在1.0~4.0之間變化,能滿足廣泛的應(yīng)用。
【圖文】：

（4）在適合的催化劑加入量下，通過引入兩種氣化劑（水+氧）改變富氫合成氣中H2/CO 比值，得到可滿足更多應(yīng)用的合成氣。1.6.2 研究目標(biāo)本文以生物質(zhì)炭為原料，探究不同參數(shù)對(duì)生物質(zhì)炭氣化結(jié)果影響，以期得到清潔、高質(zhì)量的富氫合成氣。首先探究 4 個(gè)操作參數(shù)對(duì)氣化結(jié)果的影響，包括：不同類型炭、溫度、水蒸氣流量、粒徑，其次在此基礎(chǔ)上引入催化劑以提升氣化速率，同時(shí)再引入氧氣以調(diào)整合成氣中 H2/CO 比值。通過以上研究，，為生物質(zhì)炭氣化進(jìn)一步應(yīng)用提供實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。1.7 研究技術(shù)路線

950 ℃下木屑炭已接近完全氣化。同時(shí)，隨著溫度升高炭轉(zhuǎn)化率和氣體產(chǎn)率都有明顯的提升。由圖2-2(b)和(c)可知，750 ℃時(shí)炭轉(zhuǎn)化率為 41.6%，未達(dá)到一半轉(zhuǎn)化率，而產(chǎn)氣率也僅為 1.73m3/kg；當(dāng)溫度升至 950 ℃時(shí)，炭轉(zhuǎn)化率可達(dá)到 99.2%，近乎完全氣化，產(chǎn)氣率也升至 4.16m3/kg，提升了 1 倍多。相比于木屑水蒸氣氣化，木屑炭水蒸氣氣化能得到相對(duì)較高的產(chǎn)氣率。Franco 等[20]通過流化床研究了生物質(zhì)水蒸氣氣化，炭轉(zhuǎn)化率能達(dá)到 70%左右
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TK6;TQ116.2

【參考文獻(xiàn)】

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1 武宏香;趙增立;王小波;鄭安慶;李海濱;何方;;生物質(zhì)氣化制備合成天然氣技術(shù)的研究進(jìn)展[J];化工進(jìn)展;2013年01期

2 楊伯倫;李星星;伊春海;蔣雪冬;張勇;周曉奇;;合成天然氣技術(shù)進(jìn)展[J];化工進(jìn)展;2011年01期

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本文編號(hào)：2601989