




版權(quán)說(shuō)明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請(qǐng)進(jìn)行舉報(bào)或認(rèn)領(lǐng)
文檔簡(jiǎn)介
1、生物質(zhì)氣化制氫Hydrogen Production from Biomass Gasification院 系: 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院專 業(yè): 環(huán)境工程姓 名: 陳健學(xué) 號(hào): M201373228導(dǎo) 師: 胡智泉 副教授2013 年 12 月摘要在人類面臨嚴(yán)重的能源危機(jī)與環(huán)境污染的背景下,世界各國(guó)都在致力于對(duì)潔凈能源氫的開(kāi)發(fā)和研究,并取得了一定的研究成果。生物質(zhì)氣化制氫是一項(xiàng)富有前景的制氫技術(shù),已引起了世界各國(guó)研究者的普遍關(guān)注。本文重點(diǎn)討論生物質(zhì)催化氣化制氫的基本原理和基本過(guò)程,闡述了氫氣的凈化分離方法,指出目前我國(guó)生物質(zhì)氣化制氫存在的問(wèn)題和將來(lái)的研究方向。關(guān)鍵詞:生物質(zhì);氣化;制氫。1Abst
2、ractIn the context of humans face with a series of serious energy crisis and environmental pollution,the world are committed to developing and researching clean energy, and it has made some achievements. The prospective future of hydrogen from biomass gasification makes it a major concern all over t
3、he world.This article focuses on the basic principles and fundamental processes of hydrogen from biomass gasification, describes the purification and separation method of hydrogen, pointed out that at present Chinas biomass gasification problems and future research directions.Key words: Biomass; gas
4、ification; Hydrogen production.1 概述隨著化石能源的日趨枯竭及其使用所帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題的日益嚴(yán)重,人類將面臨嚴(yán)重的能源危機(jī)與環(huán)境污染。氫能是一種理想的新能源,具有資源豐富,燃燒熱值高,適用范圍廣的特點(diǎn)。氫燃燒的產(chǎn)物是水,不排放溫室氣體。因此,它也是一種清潔的新能源。目前,氫作為能源主要用于燃料電池。制氫的方法有很多。目前,技術(shù)比較成熟且應(yīng)用于工業(yè)大規(guī)模制氫的方法主要有化石能源制氫和電解水制氫。利用各種化石能源制氫(如煤的焦化和氣化等),由于化石能源作為非可再生能源,儲(chǔ)量有限,且制氫過(guò)程會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染, 因此,其將加劇能源危機(jī)和環(huán)境污染。通過(guò)電解水制氫,因電解時(shí)要
5、耗用大量電力,比燃燒氫氣本身所產(chǎn)生的熱量還要多,若直接利用火電廠供應(yīng)的電力來(lái)電解水,在經(jīng)濟(jì)上是不可取的,且不符合能源的合理利用。因此,利用可再生能源(如生物質(zhì)能)來(lái)制取氫氣是極具吸引力和發(fā)展前途的。生物質(zhì)能是一種可再生能源,它作為化石能源的補(bǔ)充能源,正在引起人們的廣泛關(guān)注。生物質(zhì)能要真正成為化石燃料的替代能源, 其關(guān)鍵是要將能量密度低的生物質(zhì)能轉(zhuǎn)變成高品位能源。生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化技術(shù)主要包括生物質(zhì)氣化、液化、固化以及直接燃燒技術(shù)。生物質(zhì)能氣化技術(shù)是其中重要的手段之一。利用生物質(zhì)氣化制氫可以實(shí)現(xiàn)CO2歸零的排放,解決化石燃料能源消耗帶來(lái)的溫室效應(yīng)問(wèn)題,同時(shí)可以緩解能源危機(jī)問(wèn)題。2 生物質(zhì)氣化制氫生物質(zhì)
6、氣化制氫一般是指通過(guò)熱化學(xué)方式將生物質(zhì)氣化轉(zhuǎn)化為高品質(zhì)的混合燃?xì)饣蚝铣蓺?,然后通過(guò)分離氣體得到純氫。生物質(zhì)氣化制氫主要可分為:生物質(zhì)催化氣化制氫、超臨界水中生物質(zhì)催化氣化制氫、等離子體熱解氣化制氫。本文主要介紹了生物質(zhì)催化氣化制氫。生物質(zhì)催化氣化制氫是指將預(yù)處理過(guò)的生物質(zhì)在氣化介質(zhì)(如:空氣、純氧、水蒸氣或這三者的混合物)中加熱至700以上,將生物質(zhì)分解轉(zhuǎn)化為富含氫氣的合成氣,然后將合成氣進(jìn)行催化變換得到含有更多氫氣的新的合成氣,最后從新的合成氣中分離出氫氣。其主要流程如圖2-1所示。圖2-1 生物質(zhì)催化氣化制氫流程因此,生物質(zhì)催化氣化制氫主要分三個(gè)過(guò)程:生物質(zhì)氣化過(guò)程、合成氣催化變換過(guò)程、氫
7、氣分離和凈化過(guò)程。生物質(zhì)氣化過(guò)程的主要產(chǎn)物為H2、CO2、CO、CH4,其組成因氣化溫度、壓力以及氣化停留時(shí)間等的不同而不同;氣化反應(yīng)器的選擇也是決定合成氣組成的一個(gè)主要因素。常用于生物質(zhì)氣化的反應(yīng)器主要有上吸式氣化爐、下吸式氣化爐及循環(huán)流化床等,它們?cè)谏镔|(zhì)氣化方面各有其優(yōu)缺點(diǎn)。下面分別介紹三種反應(yīng)器:1、 上吸式氣化爐:氣固呈逆向流動(dòng),在運(yùn)行過(guò)程中濕物料從頂部加入后被上升的熱氣流干燥而將水蒸氣帶走,干燥后的原料繼續(xù)下降并經(jīng)熱氣流加熱而迅速發(fā)生熱分解反應(yīng)。物料中的揮發(fā)分被釋放,剩余的炭繼續(xù)下降時(shí)與上升的CO2及水蒸氣發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生CO和H2。在底部,余下的炭在空氣中燃燒,放出熱量,為整個(gè)氣化過(guò)
8、程供熱。其原理示意圖如2-2所示。圖2-2 上吸式氣化爐原理示意圖上吸式氣化爐具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,操作可行性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn),但濕物料從頂部下降時(shí),物料中的部分水分被上升的熱氣流帶走,使產(chǎn)品氣中H2含量減少。2、 下吸式氣化爐:氣固呈順向流動(dòng),運(yùn)行時(shí)物料由上部?jī)?chǔ)料倉(cāng)向下移動(dòng),邊移動(dòng)邊進(jìn)行干燥與熱分解的過(guò)程。在經(jīng)過(guò)縮嘴時(shí),與噴進(jìn)的空氣發(fā)生燃燒反應(yīng),剩余的炭落入縮嘴下方,與氣流中的CO2, 和水蒸氣發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生CO和H2。其原理示意圖如2-3所示。由圖可見(jiàn),下吸式氣化爐中的縮嘴延長(zhǎng)了氣相停留時(shí)間,使焦油在高溫區(qū)裂解,因而氣體中的焦油含量比較少,同時(shí),物料中的水分參加反應(yīng),使產(chǎn)品氣中的H2含量增加。但是下吸式氣化
9、爐結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,當(dāng)縮嘴直徑較小時(shí),物料流動(dòng)性差,很容易發(fā)生物料架接,使氣化過(guò)程不穩(wěn)定。對(duì)氣化原料尺寸要求比較嚴(yán)格。圖2-3 下吸式氣化爐原理示意圖3、 循環(huán)流化床氣化爐(CFBG):物料被加進(jìn)高溫流化床后,發(fā)生快速熱分解,生成氣體、焦炭和焦油,焦炭隨上升氣流與CO2和水蒸氣進(jìn)行還原反應(yīng),焦油則在高溫環(huán)境下繼續(xù)裂解,未反應(yīng)完的炭粒在出口處被分離出來(lái),經(jīng)循環(huán)管送入流化床底部,與從底部進(jìn)入的空氣發(fā)生燃燒反應(yīng),放出熱量,為整個(gè)氣化過(guò)程供熱。其原理示意圖2-4所示。圖2-4 循環(huán)硫化床氣化爐原理示意圖CFBG的熱解反應(yīng)處于高溫區(qū),并且CFBG的傳熱條件好,加熱速率高,可操作性強(qiáng),產(chǎn)品氣的質(zhì)量也較高,其中
10、H2的含量也較高。合成氣催化變換過(guò)程是指將生物質(zhì)氣化過(guò)程得到的合成氣進(jìn)行催化變換得到含有更多氫氣的新的合成氣的過(guò)程。經(jīng)常使用的氣化介質(zhì)一般為空氣、水蒸氣或氧氣和水蒸氣的混合氣。因氣化介質(zhì)的不同,所得燃料氣體的組成及焦油處理的難易程度也不同。表2-1是在圖2-2所示的下吸式氣化爐條件下,以混合木塊為氣化原料,氣化介質(zhì)為空氣,燃燒區(qū)溫度為840時(shí)氣化產(chǎn)物的組成。表2-1 下習(xí)式氣化爐實(shí)驗(yàn)結(jié)果(體積百分含量)H2O2CH4COCO2C2H4C2H624.00.44.437.932.60.60.1從表2-1可見(jiàn),氣化產(chǎn)物中,有相當(dāng)一部分是CO。因此在生物質(zhì)氣化中,為了提高氫氣產(chǎn)出量,需在氣化介質(zhì)中加入
11、水蒸氣。通常認(rèn)為,在蒸汽流態(tài)化條件下發(fā)生下述反應(yīng):上述反應(yīng)導(dǎo)致床灰中的殘?zhí)亢繙p少,氣體產(chǎn)物中的CO2和H2含量增多。生物質(zhì)炭與水蒸氣的氣化反應(yīng)的反應(yīng)式及平衡常數(shù)如表2-2所示。表2-2 炭的氣化反應(yīng)和平衡常數(shù)氣化反應(yīng)式平衡常數(shù)(log K的值)700K900K1200K1500K-2.64-0.391.581.76-1.67-0.031.442.35從表2-2可見(jiàn),只有在相當(dāng)高的溫度下,炭的氣化反應(yīng)才可能發(fā)生。因此,如何設(shè)計(jì)催化劑降低炭的氣化反應(yīng)溫度,促進(jìn)炭的氣化反應(yīng)的發(fā)生是催化氣化制氫的一個(gè)重要研究?jī)?nèi)容。3、氫氣的分離凈化氫氣分離、凈化過(guò)程就是利用各種分離凈化方法將經(jīng)過(guò)催化變換制得的合成氣
12、中的氫氣分離出來(lái)的過(guò)程。在氫氣的分離過(guò)程中常用的方法主要有:金屬氫化物分離法、變壓吸附法、低溫分離法、鈀合金薄膜擴(kuò)散法、聚合物薄膜擴(kuò)散法。1、 金屬氫化物分離法:氫同金屬反應(yīng)生成金屬氫化物的反應(yīng)是可逆反應(yīng)。當(dāng)氫同金屬直接化合時(shí),生成金屬氫化物,當(dāng)加熱和降低壓力時(shí),金屬氫化物發(fā)生分解,生成金屬和氫氣,從而達(dá)到分離和純化氫氣的目的。利用金屬氫化物分離法純化的氫氣,純度高且不受原料氣質(zhì)量的影響。2、 變壓吸附法:在常溫和不同壓力條件下,利用吸附劑對(duì)氫氣中雜質(zhì)組分的吸附容量不同而加以分離。其主要優(yōu)點(diǎn)是:一次吸附能除去氫氣中多種雜質(zhì)組分,純化流程簡(jiǎn)單,當(dāng)原料氣中氫含量比較低時(shí),變壓吸附法具有突出的優(yōu)越性
13、。3、 低溫分離法:在低溫條件下,使氣體混合物中的部分氣體冷凝而達(dá)到分離。此法適合于含氫量范圍較寬的原料氣,一般為3080。4、 鈀合金薄膜擴(kuò)散法:是根據(jù)氫氣在通過(guò)鈀合金薄膜時(shí)進(jìn)行選擇性擴(kuò)散而純化氫的一種方法。此法可用于處理含氫量低的原料氣,且氫氣純 度不受原料氣質(zhì)量的影響。5、 聚合物薄膜擴(kuò)散法:這是利用差分?jǐn)U散速率原理純化氫的方法,輸出的氫氣純度受原料氣含氫量和輸入氣流中的其他成分的影響。利用各種氫氣純化法使氫氣純化,所得的氫氣回收率有很大差別。金屬氫化物分離法、變壓吸附法和聚合物薄膜擴(kuò)散法的回收率一般在7085;低溫分離法回收率達(dá)到95;鈀合金薄膜擴(kuò)散法采用富氫原料氣時(shí),回收率可達(dá)99。
14、4 我國(guó)氣化制氫目前存在的問(wèn)題目前,對(duì)生物質(zhì)氣化技術(shù)而言,雖然已經(jīng)日趨成熟但是還存在不少問(wèn)題,其中最突出的兩大難點(diǎn)問(wèn)題就是燃?xì)鉄嶂档秃徒褂秃扛?。而以制氫為目?biāo)的氣化工藝為了達(dá)到高的氫氣含量不但要解決以上兩個(gè)問(wèn)題,同時(shí)由于還處在剛剛起步階段,有更多的問(wèn)題需要解決。1、焦油的催化裂解是提高生物質(zhì)催化氣產(chǎn)氫量的一個(gè)重要途徑,也是這個(gè)課題今后的一個(gè)重要發(fā)展方向,鄭州大學(xué)與依阿華州立大學(xué)可持續(xù)環(huán)境技術(shù)中心合作研究了生物質(zhì)焦油的催化脫除及氣化制氫技術(shù)。實(shí)驗(yàn)證實(shí)。生物質(zhì)氣化氣要實(shí)現(xiàn)高氫濃度的轉(zhuǎn)化,需在高溫催化焦油轉(zhuǎn)化系統(tǒng)后接商業(yè)化的水煤氣變換反應(yīng)器,即高變反應(yīng)器和低變反應(yīng)器。高變反應(yīng)將75%到83%的CO轉(zhuǎn)化為H2,剩余的絕大多數(shù)CO通過(guò)低溫變換反應(yīng)被轉(zhuǎn)化為H2。2、開(kāi)發(fā)相應(yīng)的催化劑是氣化制氫工藝的關(guān)鍵,應(yīng)本著“綠色化學(xué)”的觀念研究開(kāi)發(fā)有效的新型催化劑,提高氫氣產(chǎn)量,降低熱解溫度,將對(duì)生物質(zhì)制氫工藝開(kāi)發(fā)應(yīng)用具有很大的推動(dòng)作用。參考文獻(xiàn)1鄭安橋,張先中,蘇亞欣.生物質(zhì)氣化制氫研究現(xiàn)狀J.能源與環(huán)境,2007:72-75.2劉志棟,徐敬.生物質(zhì)氣化制氫技術(shù)的研究進(jìn)展.J.天津化工,2009,23(1):5-7.3呂勇
溫馨提示
- 1. 本站所有資源如無(wú)特殊說(shuō)明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請(qǐng)下載最新的WinRAR軟件解壓。
- 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請(qǐng)聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
- 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁(yè)內(nèi)容里面會(huì)有圖紙預(yù)覽,若沒(méi)有圖紙預(yù)覽就沒(méi)有圖紙。
- 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
- 5. 人人文庫(kù)網(wǎng)僅提供信息存儲(chǔ)空間,僅對(duì)用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護(hù)處理,對(duì)用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對(duì)任何下載內(nèi)容負(fù)責(zé)。
- 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請(qǐng)與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
- 7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時(shí)也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對(duì)自己和他人造成任何形式的傷害或損失。
最新文檔
- 星級(jí)酒店大堂管理辦法
- 醫(yī)院財(cái)務(wù)退費(fèi)管理辦法
- 港區(qū)人員安全行為分析-洞察及研究
- AI生成內(nèi)容侵權(quán)認(rèn)定的法律適用問(wèn)題研究
- 小學(xué)生書法教程
- 民航客票登記管理辦法
- 物理公式大全:高中物理常用
- 敏捷開(kāi)發(fā)模式下軟件產(chǎn)品項(xiàng)目全生命周期管理研究
- 淮河地區(qū)主要糧食作物碳排放時(shí)空分布特征研究
- 項(xiàng)目安全獎(jiǎng)懲制度
- 法拍房后申請(qǐng)住房補(bǔ)貼申請(qǐng)書
- 蘇教版譯林初中英語(yǔ)詞匯表(七年級(jí)至九年級(jí))
- 《外科學(xué)》課程基本要求與教學(xué)大綱本科生
- 工作銷項(xiàng)計(jì)劃表
- 抑郁病診斷證明書
- 典型振動(dòng)頻譜圖范例
- 石化質(zhì)檢員試題
- GB/T 6417.1-2005金屬熔化焊接頭缺欠分類及說(shuō)明
- GB/T 32350.2-2015軌道交通絕緣配合第2部分:過(guò)電壓及相關(guān)防護(hù)
- GB/T 19520.16-2015電子設(shè)備機(jī)械結(jié)構(gòu)482.6 mm(19 in)系列機(jī)械結(jié)構(gòu)尺寸第3-100部分:面板、插箱、機(jī)箱、機(jī)架和機(jī)柜的基本尺寸
- (約克)機(jī)組熱回收技術(shù)
評(píng)論
0/150
提交評(píng)論