化石燃料是當今世界的主要能源。然而,化石燃料不僅面臨日益短缺的問題,其利用還帶來了嚴重的環(huán)境污染并加劇了溫室效應。充分利用可再生能源,開發(fā)清潔、高效、低碳排放的先進能源利用技術尤為重要。以CaO為吸收體的生物質無氧氣化制氫技術是近年來興起的一種新型制氫方法。利用該技術不但可以利用可再生的生物質資源制取高純度H2、構建高效的能源利用系統(tǒng),而且能同時獲得高濃度的CO2氣體、便于實現(xiàn)溫室氣體CO2的運輸和儲存。本文主要針對該技術開展相關的機理和試驗研究。 研究高CaO/C摩爾比條件下的生物質熱解機理對分析生物質無氧氣化反應物的分布具有重要意義,也有助于分析CaO對CO2和生物質焦油析出的影響規(guī)律。利用熱重-傅里葉變換紅外光譜聯(lián)用方法進行了不同CaO添加量、不同升溫速率下麥稈熱解特性的試驗研究。研究表明,在高CaO/C摩爾比條件下添加CaO后麥稈熱解呈現(xiàn)出兩個不同的階段。在熱解第一階段(主要階段),添加CaO明顯降低了熱解揮發(fā)分包括H2O、CO、CO2、CH4以及焦油類物質甲苯、間二甲苯、苯酚、蟻酸等的析出,該階段熱解失重量相應減少。CaO在麥稈熱解中起到了CO2吸收劑和焦油分解催化劑的雙...

【文章頁數(shù)】：186 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
致謝
摘要
Abstract
目次
1 緒論
    1.1 引言
    1.2 生物質能發(fā)展現(xiàn)狀
        1.2.1 生物質能概述
        1.2.2 生物質能利用方式介紹
        1.2.3 我國生物質能發(fā)展前景
    1.3 制氫技術
        1.3.1 氫能概述
        1.3.2 化石燃料制氫技術
        1.3.3 生物質制氫技術
        1.3.4 水分解制氫技術
    1.4 本文研究內(nèi)容
2 以CaO為吸收體的生物質無氧氣化制氫技術研究綜述
    2.1 引言
    2.2 系統(tǒng)原理
    2.3 基于CaO吸收體氣化法的制氫系統(tǒng)介紹
        2.3.1 零排放煤聯(lián)盟的零排放碳(ZEC)技術
        2.3.2 通用電氣能源與環(huán)境研究公司的AGC系統(tǒng)
        2.3.3 日本新能源和產(chǎn)業(yè)技術開發(fā)組織的HyPr-RING系統(tǒng)
        2.3.4 浙江大學新型近零排放煤氣化燃燒集成制氫系統(tǒng)
    2.4 以CaO為吸收體的生物質無氧氣化制氫技術研究現(xiàn)狀
        2.4.1 化學熱力學平衡模擬
        2.4.2 固定床實驗
        2.4.3 流化床實驗
    2.5 以CaO為吸收體的生物質無氧氣化制氫技術存在的幾個問題
        2.5.1 CaO吸收劑循環(huán)碳酸化反應活性的降低
        2.5.2 生物質焦油去除的機理
        2.5.3 氣化爐內(nèi)最佳反應條件的確定
        2.5.4 生物質氣化加壓給料
    2.6 本章小結
3 高CaO/C摩爾比條件下生物質熱解動力學和揮發(fā)份析出的機理研究
    3.1 引言
    3.2 實驗與理論
        3.2.1 實驗樣品
        3.2.2 實驗儀器與實驗方法
        3.2.3 熱分析動力學理論
        3.2.4 紅外光譜分析理論
    3.3 高CaO/C摩爾比條件下CaO對生物質熱解失重特性的影響
        3.3.1 CaO添加量對熱解失重特性的影響
        3.3.2 升溫速率對熱解失重特性的影響
    3.4 高CaO/C摩爾比條件下的生物質熱解動力學研究
    3.5 高CaO/C摩爾比條件下CaO對生物質熱解揮發(fā)份析出的影響
        3.5.1 熱解揮發(fā)份的紅外光譜鑒定
        3.5.2 外吸收光譜與熱重數(shù)據(jù)的關聯(lián)
        3.5.3 高CaO/C摩爾比條件下CaO對生物質熱解過程的影響
        3.5.4 高CaO/C摩爾比條件下CaO對生物質熱解揮發(fā)份析出量的影響
        3.5.5 高CaO/C摩爾比條件下CaO對生物質熱解揮發(fā)份析出過程的影響
    3.6 本章小結
4 CaO碳酸化反應動力學及“煅燒—碳酸化”循環(huán)反應活性和活性改進試驗研究
    4.1 引言
    4.2 實驗方法
        4.2.1 實驗系統(tǒng)
        4.2.2 CaO碳酸化反應實驗方法
        4.2.3 CaO吸收劑循環(huán)“煅燒—碳酸化”過程中碳酸化反應活性變化及活性改進研究的實驗方法
    4.3 CaO吸收劑加壓碳酸化反應特性研究
        4.3.1 總壓力對碳酸化反應的影響
        4.3.2 CO₂分壓對碳酸化反應的影響
        4.3.3 碳酸化反應等溫動力學模型建立
        4.3.4 碳酸化反應動力學參數(shù)的求解
    4.4 循環(huán)“煅燒—碳酸化”過程中CaO碳酸化反應活性及活性改進的研究
        4.4.1 循環(huán)“煅燒—碳酸化”過程中煅燒壓力對CaO碳酸化活性的影響
        4.4.2 循環(huán)“煅燒—碳酸化”過程中水活化對CaO碳酸化活性改進的影響
        4.4.3 以CaO為吸收體的生物質無氧氣化制氫技術中CaO循環(huán)碳酸化活性改進的方案討論
    4.5 本章小結
5 常壓鼓泡流化床中以CaO為吸收體的生物質無氧氣化制氫的試驗研究
    5.1 引言
    5.2 實驗方法
        5.2.1 實驗材料
        5.2.2 實驗設備
        5.2.3 實驗步驟
    5.3 氣化操作變量對以CaO為吸收體的生物質無氧氣化制氫的影響
        5.3.1 CaO/C摩爾比對制氫的影響
        5.3.2 H₂O/C摩爾比對制氫的影響
        5.3.3 反應溫度對制氫的影響
        5.3.4 與前人結果比較
    5.4 本章小結
6 加壓流化床試驗臺的設計、調(diào)試與熱態(tài)制氫試驗研究
    6.1 引言
    6.2 試驗臺設計原則和基本參數(shù)
    6.3 試驗臺系統(tǒng)介紹
        6.3.1 循環(huán)流化床雙爐本體
        6.3.2 給料裝置
        6.3.3 供氣系統(tǒng)
        6.3.4 排氣系統(tǒng)
        6.3.5 排灰系統(tǒng)
        6.3.6 溫度壓力測量系統(tǒng)
    6.4 試驗臺冷態(tài)試驗研究
        6.4.1 氣密性試驗
        6.4.2 布風均勻性檢查
        6.4.3 流化床阻力特性試驗
        6.4.4 給料量標定
    6.5 以CaO為吸收體的生物質無氧氣化制氫的加壓熱態(tài)試驗研究
        6.5.1 試驗方法
        6.5.2 加壓條件下氣化操作變量對生物質無氧氣化反應過程的影響
        6.5.3 加壓對生物質無氧氣化碳轉化率及冷煤氣效率的影響
    6.6 本章小結
7 以CaO為吸收體的生物質無氧氣化制氫系統(tǒng)動力學模型建立與運行特性分析
    7.1 引言
    7.2 以CaO為吸收體的生物質無氧氣化制氫的反應過程
    7.3 生物質無氧氣化制氫系統(tǒng)模型建立
        7.3.1 生物質熱解模型
        7.3.2 生物質氣化模型
        7.3.3 CaO碳酸化反應模型
        7.3.4 生物質半焦燃燒模型
        7.3.5 CaCO₃煅燒分解模型
        7.3.6 能量平衡
    7.4 程序設計
    7.5 生物質無氧氣化制氫系統(tǒng)模型計算分析
        7.5.1 反應壓力的影響
        7.5.2 反應溫度的影響
        7.5.3 水蒸汽的影響
        7.5.4 典型工況計算
    7.6 本章小結
8 全文總結與工作展望
    本文主要創(chuàng)新點
    本文研究展望
參考文獻
作者簡歷



本文編號：4045698