【摘要】：隨著世界化石能源日益枯竭,人類對可再生能源的需求與日俱增�；茉此苌沫h(huán)境污染、溫室效應等問題,已經(jīng)對人們的生存環(huán)境產生了極大的危害。鑒于此,開發(fā)清潔的可再生能源無論對于現(xiàn)在還是未來都有重要的意義。生物質資源是最可靠的可再生能源,而氫能是清潔能源利用載體,利用生物質制氫有望成為人類社會能源系統(tǒng)整體轉型的途徑之一。生物質合成氣高、低溫變換制氫是一種新的制氫工藝路線,本文搭建了變換反應的實驗臺,用CO、CO2、H2、CH4、N2等配氣模擬生物質合成氣,針對生物質合成氣CO2組分較高的特點分別模擬了CO2組分0 vol.%~30 vol.%、37 vol.%,已高于一般合成氣中CO2的組分含量。使用Fe-Cr高溫變換與Cu-Zn低溫變換催化劑進行了生物質合成氣變換反應實驗,同時用熱力學平衡的方法模擬生物質合成氣變換反應的平衡組分并和實驗數(shù)據(jù)進行比較,得出了反應溫度、H2O/CO比和空速等關鍵參數(shù)對生物質合成氣變換制氫的影響。使用Fe-Cr系高溫變換催化劑的研究結果表明,CO2的濃度變化對Fe-Cr催化劑的活性溫區(qū)影響較小,最佳反應溫度為450℃,變換催化劑對模擬生物質合成氣的選擇性良好,在低H2O/CO比時沒有甲烷化副反應發(fā)生,高溫變換最佳H2O/CO比為3。由相對改善效率(RIE)的計算結果發(fā)現(xiàn),對于CO2組分較高(高于20 vol.%)的生物質合成氣適宜的反應空速應低于2500h-1。使用Cu-Zn系低溫變換催化劑的研究結果表明,高濃度(37 vol.%)CO2組分會使低溫變換最佳反應溫度從200℃提高至250℃。在實驗工況的范圍內最高CO變換率可達90.7%,H2 increase(氫增益)可達4.23 vol.%。生物質合成氣低溫變換的最佳反應參數(shù)為:反應溫度250℃、H2O/CO ratio 5,空速應低于2750h-1。將熱力學模擬計算的平衡組分與實驗數(shù)據(jù)作比較,發(fā)現(xiàn)高溫變換催化劑在反應溫度低于450℃和低溫變換催化劑在反應溫度低于250℃時的實驗數(shù)據(jù)與平衡計算結果偏差較大,這說明提高反應溫度可促進變換催化劑的活性,使變換反應的產物組分更接近化學平衡的結果。對于CO2含量最高的模擬生物質合成氣(含CO230 vol.%)通過高溫變換后產氣中CO2組分提高為37 vol.%,再以此產氣組分通過低溫變換得出總的H2increase為12.36 vol.%,其中高溫變換占79.2%的貢獻,而低溫變換僅貢獻20.8%。本文的研究成果可供開發(fā)生物質合成氣變換制氫的工藝參考。
【學位授予單位】：清華大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TQ116.2;TK6

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