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生物质与甘油共气化制氢机理与实验研究

作　者: 赵晓
导　师: 陈冠益
学　校: 天津大学
专　业: 供热、供燃气、通风及空调工程
关键词: 生物质甘油共气化固定床正交实验
分类号: TQ116.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

本文为了探索生物质制氢新思路，达到提高氢产率、氢浓度的目的，从微观机理、动力学角度以及实验三个方面对生物质与甘油混合制氢进行了研究。本文利用热重分析仪对生物质与甘油共热解过程的微观机理进行了分析。采用五个不同的升温速率（2.5℃/min、5℃/min、10℃/min、15℃/min、20℃/min）在热重分析仪上进行了甘油、生物质、生物质与甘油混合物的热解实验，对其热解特性曲线进行了分析与对比。采用质量加权法考察了生物质与甘油共热解过程中组分之间的耦合作用。采用Ozawa-Flynn-Wall法求解生物质与甘油共热解气化动力学参数，并分析了升温速率和粒径对生物质与甘油共热解挥发分析出特性的影响。另外，在固定床实验台上，采用正交实验设计方法，考察了温度、水流量、甘油/生物质对生物质与甘油共气化的影响。研究发现生物质与甘油共热解主要分为四个阶段。第一个阶段的温度区间为室温¹30℃，主要是生物质的脱水以及解聚和玻璃化转变的过程。甘油的加入导致混合物提前进入热解阶段。第二阶段的温度区间为130³20℃，这一阶段的失重量为56%。生物质与甘油混合物的TG曲线明显低于玉米芯、甘油分别单独热解时的TG曲线，说明生物质与甘油的热解不单单是这两种物质单独热解的叠加，它们之间具有相互促进的作用，导致两者热解速率和深度的提高。第三阶段的温度区间为320³90℃，混合物的TG曲线位于生物质TG曲线之下、甘油TG曲线之上。最后一个阶段的温度大于390℃，主要是木质素的继续分解。研究发现生物质与甘油之间存在耦合作用，生物质与甘油之间是相互促进的积极作用，它们的混合共热解可以导致热解进程的提前和加快。利用Ozawa-Flynn-Wall方法计算得到的生物质与甘油共热解的活化能取值范围为67.697²76.112kJ·mol^-1。固定床实验台上的正交实验结果表明：影响H₂产率的因素主次顺序为T（温度）> S（水流量）> G/B（甘油/生物质质量比），最佳参数组合为T=750℃，S=2ml/min，G/B=3:8。气体产物中H₂体积百分数范围为35.8⁶2.0%。若利用气化产气做燃料气，则对于气体产物热值来说，在所考察的三个因素的三个水平中最佳参数组合为T=650℃，S=1.5ml/min，G/B=3:8。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-30
  1.1 研究背景  8-12
    1.1.1 生物质能利用意义  8-9
    1.1.2 生物柴油副产物粗甘油利用意义  9-10
    1.1.3 氢能利用意义  10-12
  1.2 研究综述  12-28
    1.2.1 生物质制氢技术  12-13
    1.2.2 生物质气化制氢研究综述  13-21
    1.2.3 甘油制氢技术  21-24
    1.2.4 甘油气化制氢研究综述  24-26
    1.2.5 生物质与其他物质混合共气化制氢研究综述  26-28
  1.3 本课题的研究内容与方法路线  28-29
    1.3.1 本文研究内容  28
    1.3.2 本文研究方法路线  28-29
  1.4 本章小结  29-30
第二章生物质与甘油共热解特性研究  30-47
  2.1 前言  30-31
  2.2 研究综述  31-36
    2.2.1 生物质热解特性研究综述  31-33
    2.2.2 甘油热解特性研究综述  33-36
  2.3 玉米芯与甘油热解特性分析  36-45
    2.3.1 实验原料  36
    2.3.2 实验仪器及实验方法  36-38
    2.3.3 实验结果与讨论  38-45
  2.4 本章小结  45-47
第三章生物质与甘油共热解气化动力学研究  47-72
  3.1 前言  47-48
  3.2 热解动力学基础  48-52
  3.3 Ozawa-Flynn-Wall 动力学分析方法  52-53
  3.4 Ozawa-Flynn-Wall 法求解生物质与甘油共热解气化动力学参数  53-61
  3.5 升温速率和玉米芯粒径对玉米芯与甘油共热解的影响  61-70
    3.5.1 升温速率对生物质甘油热解特性的影响  61-67
    3.5.2 粒径对生物质甘油热解特性的影响  67-70
  3.6 本章小结  70-72
第四章生物质与甘油水蒸气气化制氢实验研究  72-83
  4.1 前言  72
  4.2 实验原料与实验装置  72-75
    4.2.1 实验原料  72-73
    4.2.2 实验装置与实验步骤  73-75
  4.3 正交实验设计  75-76
  4.4 正交实验结果与讨论  76-82
    4.4.1 C_2+产率正交试验结果及分析  77-78
    4.4.2 CO_2产率正交试验结果及分析  78
    4.4.3 CH_4产率正交试验结果及分析  78-79
    4.4.4 CO 产率正交试验结果及分析  79
    4.4.5 H_2产率正交试验结果及分析  79-80
    4.4.6 气体热值正交试验结果及分析  80
    4.4.7 气体产率正交试验结果及分析  80-81
    4.4.8 液体产率正交试验结果及分析  81
    4.4.9 固体产率正交实验结果及分析  81-82
  4.5 本章小结  82-83
第五章结论与展望  83-85
  5.1 结论  83-84
  5.2 展望  84-85
参考文献  85-92
发表论文和参加科研情况说明  92-93
致谢  93

生物质与甘油共气化制氢机理与实验研究

内容摘要

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