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生物质超临界水部分氧化气化制氢的热力学研究

闫静  
【摘要】: 氢能是一种能量密度高、无污染、可储存和运输的新能源,有望成为二十一世纪与电力并重的主要终端能源。生物质能是世界的第四大能源,不仅资源丰富、分布广,而且利用过程可实现CO_2的近零排放。将生物质能转化成氢能,既能够提高生物质能的能量品味,实现生物质能的高值化利用,推动可再生能源学科发展,同时也会带来良好的经济、环保和社会效益。 本文根据Gibbs自由能最小化原理,建立了生物质超临界水部分氧化气化制氢的热力学模型,然后,将该模型应用于模型生物质葡萄糖和原生生物质玉米芯的超临界水部分氧化气化制氢,比较系统地研究了温度、压力、物料浓度及氧气浓度对生物质超临界水部分氧化气化制氢所得气体产量、气体摩尔百分含量、气体高热值、冷气效率和气化效率等的影响。获得的主要结论如下:(1)温度对两种生物质的氧化气化产气有明显的影响,比较适宜的气化温度范围为600~700℃。(2)在所研究压力范围内,压力对两种生物质氧化气化产气影响很小。(3)在所研究物料浓度范围内,随着物料浓度的增加,氢气产量随之减小,二氧化碳也随之减少,甲烷的产量随之增大,而一氧化碳产量的变化很小。(4)产气的高热值随温度的升高而增加,随物料浓度的增加而减少;冷气效率和气化效率也是随着温度的升高而增大,随着物料浓度的增加而减小。(5)随着氧气浓度的增加,氢气、甲烷和一氧化碳产量下降,而二氧化碳产量增加。 为了得到更高效的制取氢气的方法,本文最后对生物质超临界水气化制氢反应物中加氧气和前人不加氧气两种系统所做的研究进行了比较。 通过上述研究,对生物质部分氧化气化制氢这一化学反应过程产生影响的关键因素进行考察,揭示其转化过程的热力学规律,为这一课题的实验研究提供了理论依据和技术支持。


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