论文部分内容阅读
氢能作为一种21世纪最具发展潜力的能源。综合各方面考虑,水蒸气气化是一种最为合理的制取富氢燃气的气化方式。但是气化制氢过程中存在氢气含量低、焦油含量高、燃气热值低等问题,而采用生物质催化裂解气化法是一种有效提高氢气含量、消除生物质焦油的方法。本论文以木屑为原料,在固定床气化炉中进行生物质水蒸气气化制取富氢燃气的探索研究。主要研究内容和成果如下:1、木屑高温水蒸气气化制备富氢燃气研究,考察气化温度(750~1 000℃)和水蒸气流量(0.1~0.47g/(min·g))对气化特性的影响。实验结果表明:温度和水蒸气流量对燃气各组分体积分数有很大的影响,较高的气化温度和适当的水蒸气引入量有利于H2的产生,但是过高的温度和过量水蒸气流量的引入会造成燃气热值降低。综合考虑各方面影响,水蒸气气化的最适条件为气化温度900℃,水蒸气流量0.34g/(min·g)。在该条件下,所制得的气化燃气H2体积分数为45.74%,热值为11.69MJ/m3,产气率为1.48m3/kg。2、探究CaO对木屑水蒸气气化制取富氢燃气的影响,考察n(Ca)/n(C)(CaO与木屑中碳元素的物质的量比)、气化温度和水蒸气流量对生物质水蒸气气化特性的影响。结果表明,当n(Ca)/n(C)由0增加至1时,H2的体积分数由45.58%增至58.62%。通过实验选择最佳的气化条件,即以CaO为催化剂,最佳的气化条件为:n(Ca)/n(C)为1,气化温度750℃,水蒸气通入量为0.34g/(min·g),此时,制取的富氢燃气中H2体积分数达到最大为62.55%,产氢率为85.08g/kg,燃气热值为11.41MJ/m3。3、探究自制复合催化剂Ni-CaO对木屑水蒸气气化制取富氢燃气的影响,考察了催化剂用量、气化温度和水蒸气流量对生物质水蒸气气化制氢特性的影响。结果表明,当催化剂与原料质量比由0增加至1.5时,H2体积分数由45.58%增至60.23%,产氢率由38.80g/kg增至93.75g/kg。以Ni-CaO为催化剂,最佳的气化条件为:气化温度为750℃,催化剂与原料质量比为1.5,水蒸气通入量为0.34g/(min·g),此时H2体积分数为60.23%,产氢率为93.75g/kg,燃气热值为12.13MJ/m3。4、温度对生物质产气中焦油的裂解有很大作用,随着气化温度的升高,产气中焦油所含物质的种类减少;催化裂解法是减小焦油产量、使焦油转化为小分子物质的有效方式。本研究中分别加入CaO和Ni-CaO催化剂,发现在Ni-CaO催化作用下得到的焦油比CaO催化作用下的焦油种类少,说明Ni-CaO对焦油的催化裂解效果比CaO好。本研究利用木屑在不同催化剂、温度、水蒸气流量下的水蒸气气化方法,制备出H2体积分数较高的燃气,特别是以Ni-CaO为催化剂时,燃气中H2的含量超过60%,燃气低位热值(QLHV)均在10MJ/m3以上,为生物质催化裂解和气化、水蒸气重整制取富氢燃气的应用提供基础参考数据。