松木在CaO吸收体及铁铬系变换催化剂条件下的水蒸气气化制氢研究

摘要

人类社会高速发展的今天，化石能源的不断衰竭对人类社会的可持续发展造成了重大威胁，寻求新类型的清洁可持续能源成为人类社会可持续发展的关键。氢能被誉为人类终极清洁能源，有望成为未来可持续发展能源体系中的主要载能体。生物质能是一种极具发展潜力的廉价新氢源，通过生物质气化技术，实现生物质能向氢能的转化，是一项意义重大的研究课题。
　　本文选取典型的林业加工剩余物——松木屑作为实验研究对象。采用非等温热重分析法考察了松木样品在N2气氛下的热解失重特性，并且分析研究了松木样品在不同升温速率及CaO添加量下的热解动力学特性，从而为生物质气化过程提供数据支持。实验结果表明：松木样品在不同升温速率下的热解趋势基本一致，升温速率的升高有助于加快热解反应速率。纤维素和半纤维素的快速热解主要发生在200~550℃范围内，而木质素的缓慢热解炭化主要发生在550~850℃范围内。添加氧化钙后，实验样品在200~425℃、425~550℃和600~800℃范围内分别出现了失重峰。
　　在固定床气化反应器上进行了松木样品水蒸气气化制氢实验，重点研究了在250~550℃内不同物料粒径、气化反应温度、水蒸气添加量（水蒸气/生物质质量比S/B）、氧化钙添加量（氧化钙/生物质摩尔比CaO/C）和铁铬系变换催化剂添加量（铁铬系变换催化剂/生物质质量比Fe2O3-Cr2O3/B）对产气各组分含量的影响。实验结果表明：粒度为60目左右的松木屑原料比较适合水蒸气气化制氢反应；随着反应温度的升高，H2含量呈现增大的趋势；随着水蒸气添加量的增大，H2含量呈先增后减的趋势，当S/B为2时，H2含量达到最大值；添加CaO吸收体可以充分吸收反应产气中的CO2，并起到一定催化作用，当CaO/C为1.5时，CO2含量降低到了最小值1.28％，H2含量达到了最大值51.08%；添加铁铬系变换催化剂对各产气组分含量在350℃~550℃内变化具有重要影响，尤其是在氧化钙吸收体存在的条件下，氧化钙对CO2的吸收作用大幅度提高了CO浓度，催化剂进一步促进了水汽变换反应的反应速率，当Fe2O3-Cr2O3/B为1时，且CaO/C为1.5时，H2含量在450℃达到了最大值61.27%。

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1 绪 论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 课题主要研究内容

2 CaO强化松木热解动力学特性研究

2.1 实验原料

2.2 实验仪器

2.3 实验方法

2.4 实验结果与分析

2.5 动力学分析

2.6 本章小结

3 松木在CaO吸收体条件下水蒸气气化制氢特性

3.1 卧式固定床气化原理

3.2 实验装置及方法

3.3 实验结果与分析

3.4 本章小结

4 松木在铁铬系催化剂及CaO条件下水蒸气气化制氢特性

4.1 铁铬系变换催化剂对水汽变换反应的催化原理

4.2 实验装置及方法

4.3 实验结果与分析

4.4 本章小结

5 结论与建议

5.1 本文结论

5.2 后续研究工作建议

致谢

参考文献

附录

A 作者在攻读硕士学位期间发表的论文

B 作者在攻读硕士学位期间参加的科研项目