生物质与煤共气化制取富氢燃气的试验及模拟研究

发布时间：2020-07-14 00:33

【摘要】： 能源与环境问题,已成为21世纪制约人类社会进步和发展的关键问题,开发清洁、高效的新能源已成为世界各国研究的重点项目。生物质能源由于储量丰富、利用无污染、价格低廉等优点,成为研究的重中之重。而氢能是非常重要的二次能源,是航空、化工的领域不可缺少的能源及原料。利用生物质能制取氢气,势必成为对社会、经济和技术非常有价值的研究工作。本文是在江苏大学提出的“单一流化床两步气化法”工艺系统的基础上,对生物质与煤共气化反应过程进行了一系列的试验和模拟研究。在完成了试验台系统搭建的基础上,着重研究了生物质与煤共热解过程,及生物质与煤共流化床水蒸气气化过程,并对气化过程进行了过程模拟研究。得到如下主要结论:首先,进行了煤与生物质共热解热重试验,结果表明:共热解过程中,煤热解的失重峰有所提前,并且两者表观活化能都低于单独热解时的数值,表明两者有热解中存在一定协同性;其次,在自行设计的试验台上,利用煤与生物质为原料,完成了气化试验,并得到了反应温度,S/B,生物质与煤比例等气化制约因素对制氢的影响,结果表明生物质与煤在流化床中共同流化特性良好;气化过程中,反应温度和水蒸汽用量是提高氢气产量以及潜在产氢量的重要参数,且得到的气化燃气中焦油含量小于1.0 mg/m~3。当反应温度的区间在1050～1000℃、S/B为2.07、生物质与煤的混合比值为4/1时,每千克无灰干基生物质和煤的产氢量为60.3g,而潜在产氢量最大值达116g;最后,针对本工艺系统,利用ASPEN PLUS软件,进行了化学过程模拟,通过与试验结果的对比,证明了模型的准确性,并利用软件中灵敏度分析的功能,对反应温度,S/B,CaO催化剂等制约生物质气化制氢的因素进行了研究,模拟结果与试验结果吻合,表明高温下,增加水蒸气用量可以有效提高燃气中氢气的纯度和产量;CaO催化剂存在的情况下,可以调整气体成分。同时通过灵敏度分析得出,水蒸气与生物质的质量比(S/B)值对非可燃性气体H_2的产量和在产气中的体积百分比浓度有直接的影响,其次为气化反应温度的影响,最后是CaO催化剂的影响作用这个结论。并且在有CaO催化剂的条件下,生物质气化制氢的最适宜温度和S/B值都有所下降,表明CaO催化剂对生物质气化制氢过程有很好的定向催化的作用,能产生更多更纯的氢气。本文的研究工作对今后生物质与煤共气化技术大规模应用和产业化提供了一定的依据和有重要参考价值。
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TK6
【图文】：

利用技术,物质,生物质能,生物质

一生物质能利用技术

热解曲线,稻秸秆,热解曲线,褐煤

日扣仪旧1沉心生功笼图2.1稻秸秆、褐煤和无烟煤热解曲线图2.1为三种样品单独热解的TG和DTG曲线。由图可知，稻秸杆在50℃以上由于干燥和水分析出开始明显的失重;在200℃一400℃主要为半纤维素和纤维素吸热分解使失重速率加快且在325℃达到最大，热解后含碳较少;在大于400℃后，主要为木质素的热解，反应速率较低，热解后含碳较多。另外，无烟煤由于水分、挥发分少，最大热解速率小于褐煤且对应的热解区间也比褐煤偏向高温区。两种煤的热解过程中都出现两个热解效率的高峰。第一个峰值，主要是一次气体析出，此时放出含有C、H、O的化合物;第二个峰值主要为二次气体析出造成，主要是甲烷和氢，量比较的小。与生物质相比，两种煤热解所需要的温度较高

曲线,稻秸秆,热解,褐煤

其热解总发生在比生物质热解温度高的区域。4.2稻秸秆与两种煤共热解实验结果及分析图2.2是稻秸秆与煤(褐煤及无烟煤)按不同比例混合后热解曲线。可以看出，所有共热解过程主要包括物料干燥、水分析出段和两个热解高峰区。除去在150℃以前的水分析出和干燥阶段以后，共热解曲线明显呈现两个特征区。在350℃以前是以稻秸秆热解为主，在350℃以后是以煤的热解为主。这是由于生物质稻秸秆与煤的不同的热解温度决定的。

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