生物质热解制氢机理和实验研究

发布时间：2020-11-08 09:09

　　 生物质制氢研究是可再生能源的重要方向之一,本文提出了由常压移动床热解、二次热裂解、水蒸气转化和变换反应组成的生物质热解制氢技术路线,通过实验和数学模拟计算,研究了生物质向富氢气体转化的基本规律。 利用热重仪分析了农业残余物热解的规律和特征参数,获得了热解反应速率、反应时间和转化率的定量结果,不同原料呈现出一致的热解反应机制,表观动力学参数计算表明,可以用单段一级反应过程描述生物质热解反应。 设计并建立了常压移动床连续热解制氢实验系统,对生物质热解过程的释氢现象进行了系统实验研究,研究表明高温有利于提高气体产率和氢气浓度,在不使用空气和氧等介质的条件下获得了品质较高的中热值富氢气体。 将Gibbs自由能最小化方法和Miller模型相结合,对热解过程进行数值求解,从动力学和热力学平衡角度研究了热解过程,发现和分析了生物质向富氢气体转化的现象、反应规律和影响因素,预测了与实验吻合的产物组成。 探讨了通过水蒸汽转化和变换反应对热解气进行重整的方案,进行了生物质热解制氢系统的能量平衡计算,分析了氧化钙参与热解对提高系统效率的作用,确定了优化的工艺参数,玉米秸和稻壳氢产率可分别达到48.18 mol/kg和45.85mol/kg,气体中氢气浓度达到74.78%和73.35%,理想能量转换率达到77.9%和83.4%。
【学位单位】：天津大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2008
【中图分类】：TK91
【部分图文】：

图 1-1 二次热解法生物质制氢工艺流程国生物质资源以农作物秸秆为主，这类原料松散、堆积密度低，气流床或固定床工艺时，物料的移动和输运比较困难，因此在一次动床管式热解炉，由螺旋推进器输送和移动固体颗粒，可以使用简原料，有相当宽广的原料适应性，同时颗粒的运动增加了与避免的化了传热。秆含灰量远大于木质原料，而且由于钾元素存在使灰熔点较低，造成的问题，采用了二次热解的方案。第一次热解温度低于灰熔点后，只对气体产物实施二次高温热解。二次热裂解的目的是将焦油转化为不可凝结的永久气体，并彻底消除焦油。为提高氢气产率，以后，采用水蒸气转化和变换对热解气进行重整。国内外其他生物质热化学制氢方法相比，本工艺有以下优点：（1下进行热解和二次热裂解的方案，避免了苛刻的工艺条件；（2）热了空气参与，提高了气体有效成分浓度和热值；（3）避免了使用氧

分别进行了热重试验，运用试验数据，对热重分析曲线的基本特征、加热速率对等速升温热重曲线的影响、不同生物质原料热解特性的差别、温度对热解速率和残炭剩余量的影响等进行了分析，采用 Coats-Redfern 法进行了热解过程表观动力学分析，求取了不同原料在不同升温速率下的表观活化能 E 和指前因子 A。4.1 热重分析实验方法4.1.1 实验仪器实验采用日本产的 TG/DTA6200 型热重差热分析仪。该仪器为高温型“差热－热重－微商热重”联合分析仪，可以同时对微量试样进行精确的热重、微商热重和差热测量。该仪器的整机组成如图 4－1 所示。

图5-1 热解制氢实验系统2.移动床热解炉；3.残碳收集器；4.二次热裂解器；5.冷却器；流量；8.红外气体分析仪；9.真空抽气泵；10.数据采集与控制ACAC123645910
【引证文献】

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本文编号：2874574