生物氣化制氫模擬與試驗研究.pdf

1、隨著能源形勢和環(huán)境污染問題日趨嚴重,合理開發(fā)和利用新型可再生的清潔能源已成為當(dāng)前緊迫的任務(wù)。由于氫能具有無污染、高效等特點,在未來的可持續(xù)能源系統(tǒng)中,氫有望成為重要的載能體。生物質(zhì)氣化制氫是富有發(fā)展前景的利用可再生資源制氫技術(shù)。但是,制約目前生物質(zhì)氣化制氫技術(shù)發(fā)展的主要問題是產(chǎn)氣中焦油含量高和H2含量低。本文提出一種生物質(zhì)催化氣化制取高濃度氫氣的工藝,該工藝綜合了生物質(zhì)快速熱解、焦油催化轉(zhuǎn)化和催化劑再生等特點。
　　 圍繞該工藝

2、的構(gòu)建,本文運用模擬計算和試驗研究兩種方法對生物質(zhì)氣化制氫進行研究,主要展開下述工作:
　　 (1)利用Aspen Plus化工模擬軟件建立了生物質(zhì)氣化模型,對工藝過程進行模擬計算。重點研究了氣化溫度、氣化壓力、水蒸氣與生物質(zhì)質(zhì)量配比、催化劑與生物質(zhì)質(zhì)量配比等因素對生物質(zhì)氣化制氫的影響。模擬結(jié)果表明:未加催化劑條件下,生物質(zhì)水蒸氣氣化可獲得體積分數(shù)30-45％的富氫燃料氣；添加催化劑CaO后H2產(chǎn)率可達77.5g／kg,H2體積

3、分數(shù)可達到74.5％,相比無催化劑工況提高了約30％。CaO對生物質(zhì)氣化制氫過程的催化作用非常顯著。模擬計算表明本文所建模型比較全面的反映了生物質(zhì)氣化制氫規(guī)律,為試驗系統(tǒng)設(shè)計、調(diào)試和運行提供了理論指導(dǎo)。
　　 (2)建立了生物質(zhì)處理量為40kg／h的氣化試驗裝置,主要包括空氣與蒸汽供給系統(tǒng)、循環(huán)流化床氣化爐、冷卻與換熱系統(tǒng)等。利用本實驗室自行設(shè)計的系統(tǒng),對生物質(zhì)水蒸氣催化氣化進行了試驗研究,分析了各工藝參數(shù)對生物質(zhì)催化氣化的影響

4、。試驗研究表明:氣化溫度、水蒸氣與生物質(zhì)質(zhì)量配比、CaO與生物質(zhì)質(zhì)量配比對生物質(zhì)氣化過程的影響與模擬計算分析得到的結(jié)論基本相同。高溫強化了生物質(zhì)、焦油熱分解等反應(yīng)產(chǎn)生較多氫氣,但是不利于CaO碳酸化反應(yīng)。當(dāng)氣化溫度高于800℃,CaO的催化作用不明顯,所以生物質(zhì)氣化操作的最佳溫度在650-700℃。綜合考慮水蒸氣加入量對氣化反應(yīng)器溫度和氣化反應(yīng)時間的影響,生物質(zhì)氣化操作的最佳配比S／B在0.8—1.0。
　　 上述研究結(jié)果表明,