松木在CaO吸收体及铁铬系变换催化剂条件下的水蒸气气化制氢研究

发布时间：2020-11-21 15:57

　　 人类社会高速发展的今天,化石能源的不断衰竭对人类社会的可持续发展造成了重大威胁,寻求新类型的清洁可持续能源成为人类社会可持续发展的关键。氢能被誉为人类终极清洁能源,有望成为未来可持续发展能源体系中的主要载能体。生物质能是一种极具发展潜力的廉价新氢源,通过生物质气化技术,实现生物质能向氢能的转化,是一项意义重大的研究课题。本文选取典型的林业加工剩余物——松木屑作为实验研究对象。采用非等温热重分析法考察了松木样品在N2气氛下的热解失重特性,并且分析研究了松木样品在不同升温速率及Ca O添加量下的热解动力学特性,从而为生物质气化过程提供数据支持。实验结果表明:松木样品在不同升温速率下的热解趋势基本一致,升温速率的升高有助于加快热解反应速率。纤维素和半纤维素的快速热解主要发生在200~550℃范围内,而木质素的缓慢热解炭化主要发生在550~850℃范围内。添加氧化钙后,实验样品在200~425℃、425~550℃和600~800℃范围内分别出现了失重峰。在固定床气化反应器上进行了松木样品水蒸气气化制氢实验,重点研究了在250~550℃内不同物料粒径、气化反应温度、水蒸气添加量(水蒸气/生物质质量比S/B)、氧化钙添加量(氧化钙/生物质摩尔比Ca O/C)和铁铬系变换催化剂添加量(铁铬系变换催化剂/生物质质量比Fe2O3-Cr2O3/B)对产气各组分含量的影响。实验结果表明:粒度为60目左右的松木屑原料比较适合水蒸气气化制氢反应;随着反应温度的升高,H2含量呈现增大的趋势;随着水蒸气添加量的增大,H2含量呈先增后减的趋势,当S/B为2时,H2含量达到最大值;添加Ca O吸收体可以充分吸收反应产气中的CO2,并起到一定催化作用,当Ca O/C为1.5时,CO2含量降低到了最小值1.28%,H2含量达到了最大值51.08%;添加铁铬系变换催化剂对各产气组分含量在350℃~550℃内变化具有重要影响,尤其是在氧化钙吸收体存在的条件下,氧化钙对CO2的吸收作用大幅度提高了CO浓度,催化剂进一步促进了水汽变换反应的反应速率,当Fe2O3-Cr2O3/B为1时,且Ca O/C为1.5时,H2含量在450℃达到了最大值61.27%。
【学位单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：TK6
【文章目录】：
中文摘要
英文摘要
1 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 生物质能转换技术的研究现状
        1.2.2 生物质热解动力学的研究现状
        1.2.3 生物质气化技术的研究现状
        1.2.4 基于CaO吸收体气化法的生物质水蒸气气化制氢研究现状
        1.2.5 基于变换催化剂条件下的生物质水蒸气气化制氢研究现状
    1.3 课题主要研究内容
2 CaO强化松木热解动力学特性研究
    2.1 实验原料
    2.2 实验仪器
    2.3 实验方法
    2.4 实验结果与分析
        2.4.1 升温速率的影响
        2.4.2 CaO/C摩尔比的影响
    2.5 动力学分析
    2.6 本章小结
3 松木在CaO吸收体条件下水蒸气气化制氢特性
    3.1 卧式固定床气化原理
    3.2 实验装置及方法
        3.2.1 实验装置
        3.2.2 气体分析
        3.2.3 实验方法
    3.3 实验结果与分析
        3.3.1 粒径的影响
        3.3.2 反应温度的影响
        3.3.3 水蒸气添加量的影响
        3.3.4 CaO添加量的影响
    3.4 本章小结
4 松木在铁铬系催化剂及CaO条件下水蒸气气化制氢特性
    4.1 铁铬系变换催化剂对水汽变换反应的催化原理
    4.2 实验装置及方法
        4.2.1 实验装置
        4.2.2 气体分析
        4.2.3 实验方法
    4.3 实验结果与分析
        4.3.1 铁铬系变换催化剂添加量的影响
        4.3.2 铁铬系变换催化剂添加量在CaO条件下的的影响
    4.4 本章小结
5 结论与建议
    5.1 本文结论
    5.2 后续研究工作建议
致谢
参考文献
附录
    A作者在攻读硕士学位期间发表的论文
    B作者在攻读硕士学位期间参加的科研项目

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本文编号：2893251