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生物质和煤在超临界水中的气化制氢特性研究

孙冰洁  
【摘要】:我国的能源总量很大,但人均资源量很少。能源结构亟需转型,发展新能源成为我国能源问题的关键。氢气是一种高效清洁的二次能源。利用超临界水独特的气化性能,将生物质或煤与生物质的混合溶液转化为富氢气体,不仅可以提高煤和生物质的利用率,而且过程高效清洁无污染,与我国《能源发展战略行动计划》中提出的“节约、清洁、安全”的战略方针相一致。本文首先利用Aspen Plus软件对生物质模型化合物乙醇、甘油、葡萄糖和纤维素分别在超临界水中气化制氢过程进行模拟,通过与实验数据对比验证其准确性,然后研究了温度、压力、物料浓度等操作参数对氢气产率、气化效率、碳气化率和氢气化率等气化效果的影响,得出以上四种生物质模型化合物在超临界水中气化制氢的主要影响因素和气化规律。在此基础上,将该研究方法拓展到超临界水中焦化废水和褐煤共气化制氢的工况中,重点研究了温度和水煤浆浓度对制氢效果的影响,得出影响共气化效果的主要因素。并对该过程中的协同效应进行了初步的探讨,分析了几种可能产生协同效应的原因。研究得出:乙醇、甘油、葡萄糖、纤维素四种生物质模型化合物、焦化废水和褐煤在超临界水中气化制氢的气体产物主要有H2、CO2、CH4和CO;温度是影响制氢性能的重要因素,温度的升高有利于氢气产率的增加。物料浓度对制氢效果有一定影响,而压力的影响很小;焦化废水和褐煤在超临界水共气化制氢过程中氢气产率出现协同效应,此现象与实验结果相一致。这可能与共气化过程中高含量氢碳比的存在,超临界水气化的特性,褐煤对气化温度提高的影响,以及反应过程中挥发分的脱除等因素有关。


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