高温水蒸气制氢结论.doc

高温水蒸气制氢结论实验结果表明不同温度条件下，每kg生物质的氢产率从800oc的ZI.glgHZ增加到9500e的71.63gH2。不同水蒸气流率下CO平均浓度随着蒸气流率的增加略有增大，气体平均热值在 11.87一12.04kJ/m，范围变化，水蒸气流率为20.2g/min时的氢气产率最大。随着生物质给料粒径的减小，气体产率和气化效率均减小。研究了连续进料模式下的生物质高温水蒸气、高温空气气化重整实验，以多孔陶瓷为重整介质，分别研究了气化温度、水蒸气与物料之比(S旧)、当量率(ER)、重整室温度以及有无多孔陶瓷重整对气化产气的影响，研究了多孔陶瓷重整的焦油去除特性。实验结果表明，高温反应条件有利于气化反应的进行及HZ的生成。以水蒸气与氧气联合气化中，最优当量率为0.05。随着S忍的增大，HZ浓度表现出增大的趋势，2.05是比较理想的S忍值。在重整温度为SO0oC时HZ浓度最高。多孔陶瓷重整对焦油具有明显的去除作用，焦油的TOC的转化率为29.93一50.31%。以空气为气化剂时，随着反应温度的增加，气化产气中CO浓度增大并占有较大比例，而产氢率及气体LHV随温度的增大而增大;随着ER值的增大，CO浓度逐渐减小，而COZ浓度则逐渐增大，气体热值显著降低。生物质能占世界能源总消耗的14%，仅次于石油、煤炭和天然气，位居第47。世界上生物资源丰富，形式多样。不同国家单位面积生物质的产量差异很大，但地球上生物质数量庞大，种类繁多，每个国家都有某种形式的生物质存在，通常包括以下几个方面:(l)农业废弃物;(2)林业废弃物;(3)禽畜粪便;(4)城镇生活垃圾、工业废渣和废水;(5)水生、油料植物等等。我国是一个农业大国，据统计中国农作物秸秆产量达0.57Gt，我国每年生产的农作物秸秆总量约占全世界秸秆总量的20一30%Is。我国的主要生物质资源包括农业废料、林业和木制品业边角料以及城市垃圾。我国的农业废料分布得非常广泛。其中，秸秆可以用来生产能源，每年的潜力可以达到约 1.54亿t标准煤。从中长期来看，林业具有每年供能3.1亿t标准煤的潜力。此外，农产品加工废料以及畜牧场的有机肥料在理论上每年也可以生产800亿m3的沼气。城市垃圾可以提供160亿m，左右的垃圾掩埋气。预计到2010年达到3oGW川。表1.1为我国主要生物质能资木生物质和畜禽粪便占生物质总量的97.05%。当前国内外生物质热解的研究方法主要有:快速热解、慢速热解42、催化热解和共热解I31。快速热解是当前应用最多的热解方法之一。快速热解是一种高温处理过程，它采用超高加热速率(102一1了玲s)、超短产物停留时间 (0.2一3.05)及适中的裂解温度，使生物质中的有机高聚物分子在隔绝空气的条件下迅速断裂为短链分子，使焦炭和产气降到最低限度，通过热化学的方法，将原料直接裂解为粗油，最大限度获得液体产品(生物油)。生物油为棕黑色勃性液体，热值达20一22MJ瓜g，可直接作为燃料使用，也可经精制成为化石燃料的替代物l4s。因此，随着化石燃料资源的逐渐减少，生物质快速热解液化的研究在国际上引起了广泛的兴趣。漫速热解生物质慢速热解是指升温速率一般在5一7K/min的热解反应。慢速热解产生的可燃气体和焦油量较少，而会产生较多的焦炭。因此很多慢速热解工艺被用来进行焦炭的生产。日本、拉脱维亚等国开展的利用甘蔗渣生产焦炭，焦炭产率为23一28%【，2。影响慢速热解产物产率的因素主要有热解气氛、热解终温、颗粒粒径、升温速率以及反应器类型等。焦油的产率以及品质在很大程度上依赖热解温度。温度是影响慢速热解的因素之一，有生物质气化技术是生物质资源化处理的重要方法之一。国内外大量学者己经开展了生物质气化的研究，取得了大量的研究成果。气化气，焦油是生物质气化的主要产物，追求高热值的气化产气热值，以及较低的焦油排放是生物质气化的目的之一对于不同的生产目的，以及从能源角度考虑，不同气化剂用来生产不同组分的气化气，比如以空气、氧气、水蒸气及其混合气体。空气作为廉价的气化剂可用来进行生物质气化生产，但由于大量的氮气的存在，严重降低了生物质气的热值，另外从系统中带走大量热量。氧气作为气化剂可大大提高生物质气的热值，但是昂贵的价格造成了成本的上升。水蒸气作为气化剂可以大大提高气化产期中的HZ含量，但是水蒸气气化过程中的一系列吸热反应，造成气化反应区热量的大量消耗。人们将生物质气化从对可燃气体产量及热值的追求，逐渐向生物质气化制氢方面转移。1998年美国的夏威夷大学的Tuml30在实验室规模流化床上，开展了生物质气化制氢实验。考察了不同实验参数对气化产氢率的影响，主要有反应器温度、空气当量比(ER)及水蒸气对生物质之比(s旧)，提出了氢产能的概念。同年意大利拉奎拉(uAqulla)大学的RaPa，直l29研究了生物质流化床气化以及二次催化研究，利用一个带有催化剂的二次反应气对气化气体进行催化重整，获得了2m3瓜g生物质的气化产气以及氢气浓度为60%以上的氢气。目前生物质气化技术中采用的气化介质主要有4种:空气气化川，8l、富氧气化43、空气一水蒸气气化20和水蒸气气化28。4种气化方式相应的气体产物组成见表 1.5所示72。前3种气化方式所需能量由部分生物质气化炉内燃烧自给，水蒸气气化需要额外能量。空气气化所需的设备简单，操作和维护十分简便，运行成本低。但由于空气中含有大量的氮气，造成了大量的热量损失，不利于气化反应的进行。另外，气化产气中大量氮气的存在，导致气体热值降低。为了获得较高的气化温度，往往需要输入大量的空气，这也造成了气化燃气品质的下降。富氧气化可以很容易达到较高的气化温度，有利于气化反应的进行，增加燃气热值，但由于氧气成本较高，使运行成本大大增加。氧气气化产物中HZ/CO约为1，且N:的含量很低，适用于很多氧化合成反应等“21。水蒸气气化需由额外能量(电能或燃油、燃煤等)在高压锅炉内产生高温(大于700OC)的水蒸气，高温的水蒸气