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生物质高温水蒸气气化制备富氢燃气的研究

作　者: 李琳娜
导　师: 应浩
学　校: 中国林业科学研究院
专　业: 林业环境与能源工程
关键词: 生物质气化高温水蒸气富氢燃气
分类号: TK6
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

氢被认为是21世纪理想的清洁能源,生物质气化制备富氢燃气技术是非常有前景的制氢技术之一。目前制约此技术发展的主要问题是燃气中H2含量低,焦油含量高以及燃气热值低等。高温水蒸气作为气化介质是提高燃气中H2含量、降低焦油含量以及提高燃气质量的有效手段。以木屑和稻壳为原料,在固定床反应器中进行生物质高温水蒸气气化制备富氢燃气的探索研究,以获得较高的产氢率。热解是生物质气化过程重要反应步骤,通过对热解过程的研究,可以为生物质高温水蒸气气化制备富氢燃气提供理论基础。首先考查了温度(750~1050℃)对生物质热解过程的影响,研究结果表明升高温度加快了反应进程,有利于富氢燃气的生成。温度从750℃升高到1050℃的过程中,木屑产氢率从8.30 g/kg生物质(干燥基)升高到20.64 g/kg生物质(干燥基),稻壳产氢率从4.28 g/kg生物质(干燥基)升高到14.72 g/kg生物质(干燥基);在1050℃时二者燃气中CO与H2含量之和可以达到70 %以上;热解燃气低位热值(LHV)在13~14.50 MJ/Nm~3范围内,并且随着温度的增加而降低。其次进行生物质高温水蒸气气化制备富氢燃气的研究,反应温度为750~1050℃、水蒸气流量(0.32~1.50 g/min)。研究结果表明,升高温度以及使用高温水蒸气作为气化介质使产氢率和产气率得到提高,明显高于热解所得值。温度为1000℃,水蒸气的流量为1.02 g/min时木屑产氢率达到最大,为71.08 g/kg生物质(干燥基)(是理论最大产氢率的41.32 %),此时燃气中H2含量为51.03 %;温度为1050℃,水蒸气的流量为1.02 g/min时,稻壳产氢率达到最大,为57.05 g/kg生物质(干燥基)(是理论最大产氢率的32.52 %),此时燃气中H2含量为44.58 %;燃气低位热值(LHV)在11~13 MJ/Nm~3范围内变化,低于热解所得燃气的热值;水蒸气的流量在850℃时对于此实验有一个最佳值,为1.02 g/min。最后对木屑热解和高温水蒸气气化过程中的焦油做了GC-MS分析,研究结果表明:燃气中焦油含量随着温度的升高和水蒸气的量增加而降低;在1050℃,水蒸气流量为1.02 g/min时焦油含量最低,为17.30 g/Nm~3。本研究利用生物质高温水蒸气气化的方法,制备了氢气含量在45 %以上,低位热值(LHV)在11 MJ/m~3以上的富氢燃气,同时避免了使用催化剂所带来的弊端,为生物质高温水蒸气气化的实际应用提供了基础数据和理论基础。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-11
第一章绪论  11-25
  1.1 引言  11-17
    1.1.1 研究背景  11-13
    1.1.2 国内外生物质制氢的研究现状及评述  13-16
    1.1.3 研究目的和意义  16
    1.1.4 项目来源与经费支持  16-17
  1.2 生物质高温水蒸气气化制备富氢燃气技术  17-23
    1.2.1 生物质高温水蒸气气化制备富氢燃气的反应机理  17-18
    1.2.2 生物质高温水蒸气气化制备富氢燃气的主要影响因素  18-22
    1.2.3 生物质高温水蒸气气化制备富氢燃气过程的评价指标  22-23
  1.3 研究目标和主要研究内容  23-24
  1.4 研究技术路线  24-25
第二章生物质热解气化实验装置系统  25-31
  2.1 引言  25
  2.2 生物质热解气化实验装置系统简介  25-27
  2.3 冷凝冷却系统  27
  2.4 气体检测系统  27-29
  2.5 实验装置实图  29-30
  2.6 小结  30-31
第三章生物质高温热解特性的研究  31-40
  3.1 引言  31
  3.2 实验原料与方法  31-33
  3.3 结果与讨论  33-38
    3.3.1 温度对热解反应进程的影响  33-34
    3.3.2 温度对燃气组分的影响  34-36
    3.3.3 温度对H_2/CO 及CO/CO_2 的影响  36-37
    3.3.4 温度对产氢率及潜在产氢率的影响  37-38
    3.3.5 温度对燃气热值及碳的转化率的影响  38
  3.4 小结  38-40
第四章生物质高温水蒸气气化制备富氢燃气的研究  40-52
  4.1 引言  40
  4.2 实验原料与方法  40-42
  4.3 结果与讨论  42-50
    4.3.1 温度对生物质高温水蒸气气化过程的影响  42-47
    4.3.2 水蒸气流量对生物质高温水蒸气气化过程的影响  47-50
  4.4 小结  50-52
第五章生物质焦油高温裂解实验研究  52-66
  5.1 引言  52-54
  5.2 实验方法  54
  5.3 结果与讨论  54-65
    5.3.1 热解过程燃气中焦油含量及成分分析  54-58
    5.3.2 高温水蒸气气化过程燃气中焦油含量及成分分析  58-65
  5.4 小结  65-66
第六章结论与展望  66-69
  6.1 主要结论  66-67
  6.2 论文的创新点  67
  6.3 研究展望  67-69
参考文献  69-75
附录  75-77
在读期间的学术研究  77-78
致谢  78

生物质高温水蒸气气化制备富氢燃气的研究

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