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生物质催化热解制取富氢气体的研究

王瑶  
【摘要】:目前,氢气主要是通过天然气的水蒸气催化重整得到的。然而,为了更加环保的制取氢气,需要开发更多可持续更环保的方法。人们研究了很多种制取氢气的方法。在所有的可再生资源中,生物质是将来最具前景的。生物质气化已成为最具前景的制氢技术。 本研究首先通过热重实验分析(TGA)调查了两种酸处理(硫酸、盐酸和乙酸混合溶液)对几种生物质(大豆、稻壳、松木)的热解行为的影响研究。实验加热速率分别为10K/min,终温为1173K。热解在氮气气氛下进行,并用高纯氮气作为保护气体。实验结果表明:硫酸处理的生物质去除了其中的半纤维素并改变了木质素的化学结构使得木质素的起始热解温度降低。盐酸和乙酸混合溶液处理去除了生物质灰分中部分的碱性离子,并改进其多孔结构促进了热解反应产生更多的挥发分,最大热解速率增大。 为了考查流化床的操作条件对热分解的特性的影响,制作了一台模拟于热分解反应器的流化床装置。测定各操作条件气体流速、床层高度以及粒子类型对流化状态的影响,得到了一个合适的操作条件范围,为热分解实验提供了必要的基础实验数据。 在此阶段,以制取氢气为目的产物,使用自行设计的双颗粒流化床反应装置,选取四种生物质作为实验原料,调查了氮气气氛下不同流化介质(硅砂,A12O3, NiMo-A和CoMo-B)对热解产物的分布及其收率的影响。实验结果表明,流化介质种类和生物质种类对热解产物的分布和收率均有影响。在惰性介质条件下,氢气产率主要受热解温度的影响,在氮气气氛和1173K高温下,稻壳的氢气产率可达到1.33wt%,daf.在催化热解制氢过程中,NiMo/Al2O3催化剂可明显促进焦油和轻质芳烃化合物的分解,提高燃气产物及H2的收率。NiMo/Al2O3催化剂对松木生物质的催化性能比秸秆类生物质好,当选取松木为热解原料时,在873K下H2的收率高达3.18wt%,daf,氢的转化率为52.22%。


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