發(fā)布時間：2020-10-19 08:48

　　 面對日趨嚴(yán)重的能源與環(huán)境問題,高效開發(fā)利用可再生能源是重要解決途徑。生物質(zhì)氣化被譽為是一種最有前景的生物質(zhì)利用方式,但是由于傳統(tǒng)的氣化工藝存在成本高、工藝復(fù)雜、氣化后合成氣品質(zhì)差等問題,有學(xué)者在化學(xué)鏈燃燒的基礎(chǔ)上提出了生物質(zhì)的氧載體氣化技術(shù),利用氧載體的晶格氧代替常規(guī)的氣化介質(zhì),可有效改善這些問題。目前國內(nèi)外研究較多的為氧載體燃燒,以及氧載體循環(huán)制氫,且原料多為煤,對生物質(zhì)氧載體氣化制備合成氣的研究較少。因此有必要開展生物質(zhì)氧載體氣化制備合成氣的研究。本文利用浸漬法制備系列鐵基復(fù)合氧載體。采用XRD、H2-TPR、SEM、熱重分析等方法對鐵基復(fù)合氧載體進(jìn)行表征與評價。研究不同載體以及Fe2O3負(fù)載量對復(fù)合氧載體的結(jié)構(gòu)、抗積碳能力、氧化還原性以及氧載體氣化產(chǎn)物選擇性的影響。在自制的生物質(zhì)氧載體氣化蒸氣重整制備合成氣的實驗裝置上,進(jìn)行生物質(zhì)氧載體氣化特性實驗,并對生物質(zhì)氧載體氣化蒸氣重整的氣化過程進(jìn)行數(shù)值模擬。此外,還對生物質(zhì)氧載體氣化制備合成氣的工藝進(jìn)行優(yōu)化,采用響應(yīng)曲面法(RSM)研究反應(yīng)溫度、水蒸氣與生物質(zhì)質(zhì)量比、氧載體與生物質(zhì)的質(zhì)量比以及反應(yīng)時間對合成氣的影響。建立回歸模型評估合成氣中H2/CO的比值與反應(yīng)溫度、時間、OC/B、S/B之間的關(guān)系。結(jié)果表明:(1)不同惰性載體對生物質(zhì)氧載體氣化制備合成氣的產(chǎn)物具有不同的選擇性,其中,Al2O3載體有利于制備高H2/CO比值的合成氣。Fe2O3的負(fù)載量越大復(fù)合氧載體本身的晶格氧越多,當(dāng)負(fù)載量為60%時,復(fù)合氧載體的活性、穩(wěn)定性均達(dá)最佳值。此時合成氣中的H2/CO比值也達(dá)到最大。使用后的氧載體表面均有積碳的現(xiàn)象,載體不同積碳情況不同。熱重分析表明當(dāng)載體為Al2O3時,復(fù)合氧載體的第二個失重峰最小,復(fù)合氧載體的積碳最少。在溫度為400-600℃時,四種復(fù)合氧載體的反應(yīng)速率均達(dá)到最大值,在此溫度段晶格氧的質(zhì)量補充速率小于生物質(zhì)碳的燃燒速率。(2)通過生物質(zhì)氧載體氣化特性實驗得出,當(dāng)溫度為750℃到950℃,提高溫度有利于生物質(zhì)的氧載體氣化反應(yīng)進(jìn)行,加入水蒸氣可增加合成氣中H2的含量,而過多的氧載體會導(dǎo)致合成氣中CO2含量升高。通過對生物質(zhì)氧載體氣化蒸氣重整的數(shù)值模擬可知,控制反應(yīng)路徑以及反應(yīng)時間可改善生物質(zhì)的氧載體氣化過程。(3)反應(yīng)溫度為900℃時,H2和CO總含量以及H2/CO比值均達(dá)到了最大值。S/B為2.8時合成氣中H2和CO的總含量達(dá)到最大值,H2/CO值、產(chǎn)氣率以及碳轉(zhuǎn)化率均得到明顯提高。OC/B為1.0時碳轉(zhuǎn)化率達(dá)到最大值,產(chǎn)氣率隨著OC/B的升高,增速明顯。反應(yīng)時間的延長使合成氣中H2的含量得到了明顯提升。反應(yīng)時間為20min時合成氣的品質(zhì)和產(chǎn)量達(dá)到最佳值。通過RSM得到了最優(yōu)工藝參數(shù),建立二次模型,并通過方差分析驗證了可行性。最佳條件為:反應(yīng)溫度為899.55℃,時間為20.31min,OC/B為1.02,S/B比為2.89,最佳條件下獲得的H2/CO的值為2.23。為水稻秸稈制備合成氣提供了理論支持,展示了水稻秸稈廢棄物能源化利用的巨大前景。
【學(xué)位單位】：河南農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TK6
【部分圖文】：

第一章 緒論1.1 研究背景當(dāng)前世界經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，能源是支持人類生存和社會發(fā)展的可靠基礎(chǔ)，2016 年全球能源消結(jié)構(gòu)如圖 1.1 所示[1]。石油依然是消費主體，但是化石燃料面臨枯竭。能源的開發(fā)和利用已經(jīng)上為一個全世界共同關(guān)心的問題，也是制約世界社會發(fā)展的一個重要因素。而且大量使用化石燃料對我們的生存環(huán)境構(gòu)成了一定的威脅，由于二氧化碳的排放，全球溫室效應(yīng)不斷加重。如何高效發(fā)利用可再生能源或者低碳燃料來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的化石能源已經(jīng)迫在眉睫[2]。生物質(zhì)能源儲量豐富且再生，逐漸成為人們關(guān)注的焦點，被認(rèn)為是化石能源理想的替代品。但是在生物質(zhì)能源利用上全各地的消費狀況有著一定的差距。一方面，仍有不少中西部農(nóng)村家庭利用生物質(zhì)作為炊事和采暖能源，以秸稈、薪柴等直接燃燒。另一面，也有東部沿海地區(qū)的農(nóng)村的生活水平的提高拋棄了大原有的生物質(zhì)作為能源，致使大量的農(nóng)業(yè)廢棄物殘留田頭，污染環(huán)境。伴隨著十九大的順利召開將我國農(nóng)村的發(fā)展又一次推向高潮，鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略要求我們大力推進(jìn)新型城鎮(zhèn)化和新農(nóng)村的建設(shè)需要大量的可再生、清潔的能源進(jìn)行供應(yīng)。結(jié)合農(nóng)村當(dāng)?shù)厣镔|(zhì)資源進(jìn)行清潔能源的供應(yīng)，加快物質(zhì)高值化、產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展，也是解決農(nóng)村乃至全國今后可持續(xù)能源供給的有效途徑

作為一種低品質(zhì)能源可以被改造的能力強。有各種能將其利用的方式。我國的生物質(zhì)原料來源自農(nóng)林產(chǎn)業(yè)，所以根據(jù)我國國情，生物質(zhì)資源的開發(fā)和利用應(yīng)當(dāng)以我國農(nóng)林業(yè)有機(jī)廢棄物主要的原料來源。生物質(zhì)基本轉(zhuǎn)化利用方式如圖 1.2 所示。生物質(zhì)能的利用可通過物理轉(zhuǎn)化方法、化學(xué)轉(zhuǎn)化方及生物轉(zhuǎn)化方法來實現(xiàn)。生物質(zhì)最直接的應(yīng)用還是直接燃燒；隨著技術(shù)的發(fā)展，直接燃燒技術(shù)為爐灶燃燒，鍋爐燃燒、致密成型燃燒技術(shù)以及垃圾焚燒技術(shù)。這種處理過程簡單、易于操作是也容易產(chǎn)生燃燒不充分的現(xiàn)象，造成環(huán)境污染。生物質(zhì)的物理轉(zhuǎn)化技術(shù)，是將生物質(zhì)粉碎后直接壓縮為成型燃料，方法簡單，但是耗能較高物質(zhì)化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)包括對生物質(zhì)進(jìn)行的液化技術(shù)、熱解氣化技術(shù)、酯化技術(shù)等。生物質(zhì)液化技將大分子的固態(tài)物質(zhì)變?yōu)樾》肿拥挠袡C(jī)物的過程，也分為間接液化和直接液化兩種轉(zhuǎn)化方式。液化是將生物質(zhì)與化學(xué)試劑相融合，放在高溫高壓反應(yīng)器中。在一定溫度和壓力的條件下轉(zhuǎn)化體的過程。間接液化是先將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化氣態(tài)，然后再將氣態(tài)物質(zhì)液化為液化。生物質(zhì)熱解氣化，是指在一定氣化劑條件下，生物質(zhì)不完全的燃燒，使大分子固體物質(zhì)的化學(xué)鍵斷裂，生成一燃?xì)怏w例如氫氣、一氧化碳等。生物質(zhì)熱解制生物油是通過熱化學(xué)方法把生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為液體燃技術(shù)，副產(chǎn)物有不可凝結(jié)氣體和碳，區(qū)別于生物質(zhì)液化技術(shù)[4]。

源危機(jī)開始爆發(fā)，不可再生能源分布不均勻不充分等特點被原料，通過生物質(zhì)氣化技術(shù)將低品質(zhì)的生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為高品質(zhì)的化工和相關(guān)能源產(chǎn)品被認(rèn)為是很好的能源解決方案。該項供氣、氣化生物質(zhì)發(fā)電、合成氣后續(xù)生產(chǎn)醇醚燃料等。反應(yīng)結(jié)構(gòu)形成的化學(xué)循環(huán)反應(yīng)，在反應(yīng)過程中，反應(yīng)的產(chǎn)物或者主反應(yīng)物。反應(yīng)的產(chǎn)物或者副產(chǎn)物經(jīng)過一系列反應(yīng)后代有德國科學(xué)家 Richter 和 Knoche 等首次提出化學(xué)鏈反應(yīng)率[5]。但是直到 1987 年 Ishida 等人才將這種新型的燃燒技由于對溫室氣體的廣泛關(guān)注促使了化學(xué)鏈燃燒技術(shù)的迅速發(fā)鏈燃燒技術(shù)應(yīng)用于捕獲反應(yīng)過程中的 CO2[7-8]。在進(jìn)入 21 世進(jìn)行了廣泛的研究，在此基礎(chǔ)上有學(xué)者提出了生物質(zhì)的化學(xué)環(huán)境污染較小等特點。生物質(zhì)氧載體氣化制備合成氣原理示應(yīng)器中，利用氧載體的晶格氧為生物質(zhì)提供所需反應(yīng)的氧元的比例，就可使生物質(zhì)發(fā)生氣化反應(yīng)，得到以 CO 和 H2為的氧載體可在空氣反應(yīng)器中與空氣發(fā)生氧化反應(yīng)重新獲得氧
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 黃振;何方;李新愛;趙坤;李海濱;趙增立;;Fe_2O_3-水蒸氣生物質(zhì)化學(xué)鏈共氣化制合成氣[J];太陽能學(xué)報;2013年12期

2 王坤;于慶波;秦勤;李玖重;;基于銅基氧載體化學(xué)鏈空氣分離技術(shù)實驗研究[J];東北大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2013年01期

3 黃振;何方;趙坤;趙光杰;石化彪;李海濱;;赤鐵礦用于生物質(zhì)化學(xué)鏈氣化氧載體的反應(yīng)性能[J];農(nóng)業(yè)工程學(xué)報;2011年S1期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 成功;生物質(zhì)催化氣化定向制備合成氣過程與機(jī)理研究[D];華中科技大學(xué);2012年

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1 曾志偉;堿金屬K對生物質(zhì)水蒸氣催化氣化增強制氫特性影響研究[D];華中科技大學(xué);2016年

2 張松;松木/鐵基載氧體化學(xué)鏈氣化反應(yīng)特性研究[D];重慶大學(xué);2015年

3 禹建功;生物質(zhì)化學(xué)鏈氣化及生物質(zhì)半焦/載氧體氣化反應(yīng)動力學(xué)研究[D];重慶大學(xué);2015年

4 蔡海燕;生物質(zhì)水蒸氣催化氣化制備合成氣研究[D];華中科技大學(xué);2013年

5 涂軍令;木屑/木屑炭高溫水蒸氣氣化制備合成氣研究[D];中國林業(yè)科學(xué)研究院;2012年

本文編號：2846994