超临界生物质气化制氢反应过程研究

摘要

本文以制氢气为目的，建立了一套超临界生物质气化制氢实验装置，并对设备进行了改造，使之适合于更高的温度及压力，扩大了试验范围。文中以葡萄糖为生物质的模型化合物，研究了高温及催化剂等因素对超临界生物质气化制氢的影响。使用GC900A气相色谱分析了气相产物的组成，并确定了液相产物的分析方法，对液相产物进行了定性，由此提出反应路径和反应机理，为以后的深入研究提供依据。 本文结合相关文献资料，初步验证了超临界生物质气化制氢工艺参数对实验的影响。在实验中发现，温度对实验的影响为主要因素。随温度的升高，不仅氢气的含量有所增加，气体转化率也随之增加。此外，还研究了添加催化剂(主要为碱式催化剂)对实验的影响。催化剂可有效地改善气相产物的组成，提高气相产物中氢气的百分含量。研究中发现，碱式催化剂可以促进环状化合物的开环及异构化反应的进行。 本文通过查阅相关文献及大量的实验，确定了超临界生物质气化制氢实验中液相产物的处理及分析方法：借助气相色谱与质谱联用仪(GC/MS)，采取程序升温的方法定性，得到了各条件下液相产物的大部分组分。使用葡萄糖作为反应原料，当温度在300℃以下时，原料已经开始分解，随着温度的升高，葡萄糖被完全分解，生成氢气、一氧化碳、甲烷、二氧化碳以及大量的液相产物。其中气相产物中以氢气为主要成分，其次为一氧化碳和二氧化碳。 本文通过对实验气、液相产物的综合分析，提出了超临界生物质气化制氢的反应路径及反应机理，为超临界生物质气化制氢工艺的改进提供了依据。此外，对实际生物质(如锯木屑)及其他有机原料在超临界水中的气化制氢实验进行了考察，成功地制取了氢气，并与葡萄糖作为进料时的结果作了对比。结果表明，实际生物质可以得到比较好的气化。该实验设备可用于固体粉末状进料的超临界气化制氢研究。

目录

文摘

英文文摘

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引 言

1文献综述

1.1能源危机与新能源的开发

1.2生物质能的优势

1.3生物质利用及制氢的研究状况

1.3.1生物质固化

1.3.2生物质液化

1.3.3生物质气化

1.3.4生物质发电

1.3.5生物质制氢的发展状况

1.4超临界流体及超临界水

1.4.1超临界水的氢键

1.4.2超临界水的离子积

1.4.3超临界水的扩散系数和粘度

1.4.4超临界水的介电常数和溶解性能

1.5超临界生物质气化制氢研究现状

1.5.1超临界生物质气化制氢实验设备

1.5.2超临界生物质制氢的影响因素

1.5.3热力学研究

1.5.4反应路径及机理

1.5.5自由基反应

1.6论文的研究内容和意义

1.6.1研究内容

1.6.2研究意义

1.7小结

2实验系统及分析方法

2.1实验设备及材料

2.1.1实验设备

2.1.2实验材料

2.2分析仪器及分析方法

2.2.1气相色谱

2.2.2气质联用

2.3设备的改进

2.4实验步骤

2.5小结

3高温及催化剂对超临界生物质气化制氢的影响

3.1高温对超临界生物质气化制氢的影响

3.1.1葡萄糖在超临界和高温盘管联合作用下的气化制氢实验结果

3.1.2葡萄糖高温高压条件下的实验结果

3.2催化剂对超临界生物质气化制氢的影响

3.2.1碳酸钾/碳酸钠对超临界生物质气化制氢的影响

3.2.2氢氧化钾/氢氧化钠对超临界生物质气化制氢的影响

3.3小结

4液相产物分析和反应路径及机理研究

4.1液相产物分析方法

4.1.1分析仪器

4.1.2分析条件

4.1.3样品的制备

4.2液相产物分析结果

4.3反应路径及机理分析

4.3.1葡萄糖的性质

4.3.2葡萄糖超临界气化反应路径及机理分析

4.4自由基反应机理

4.5小结

5多糖及生物质原料在超临界水中气化制氢的结果及分析

5.1蔗糖在超临界水中气化制氢的结果

5.1.1气相产物分析结果

5.1.2液相产物分析结果及反应路径

5.2木质素在超临界水中气化制氢的结果

5.2.1木质素成分测定

5.2.2气相产物分析结果

5.2.3液相产物分析结果及反应路径

5.3落叶松锯木屑在超临界水中气化制氢的结果

5.3.1落叶松锯木屑成分测定

5.3.2气相产物分析结果

5.3.3液相产物分析结果及反应路径

5.4混合木料锯木屑在超临界水中气化制氢的结果

5.4.1混合木料锯木屑成分测定

5.4.2气相产物分析结果

5.4.3液相产物分析结果及反应路径

5.5 小结

结 论

参考文献

附录A 不同条件下超临界生物质气化实验质谱图及成分

附录B 液相产物中主要物质的质谱图及部分气相色谱图

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致 谢