超临界水中生物质气化制氢实验研究

摘要

本文设计并建立了一套间歇式超临界生物质气化实验装置。利用该装置，在水的近临界态和超临界态，以葡萄糖为生物质模型化合物，以制取氢气为目的进行实验研究。选用氧化钙为二氧化碳脱除剂，考察添加氧化钙前后，反应温度、反应压力、反应停留时间、葡萄糖初始浓度和Ca/C摩尔比等因素对气体样品组成和葡萄糖分解率的影响。在实验中，使用气相色谱仪定性定量分析气体样品，通过分析反应后液体样品的化学需氧量(COD)值来确定葡萄糖的分解率。 首先，在纯超临界水条件下进行实验研究。实验结果表明，温度和反应停留时间是实验的主要影响因素。在一定温度范围内，随着温度的升高，反应后的气体样品中氢气和甲烷含量增加，一氧化碳含量减少，葡萄糖分解率也逐渐增加。反应停留时间对气体组成影响较大，当停留时间延长，葡萄糖的分解率逐渐增加。反应压力在临界点附近对气体样品组成有一定影响。当葡萄糖初始浓度增加时，气体组分中甲烷含量上升。 在纯超临界水条件下，较理想的制氢反应条件为：温度在500℃左右，压力在临界压力(22.5MPa)以上，浓度在2.5～5.0﹪之间，反应停留时间在3～5min内。 其次，为了提高氢气的产量和增加葡萄糖的分解率，尝试在实验中添加氧化钙。在添加氧化钙的情况下，反应温度和反应停留时间仍然是影响实验结果的主要因素。压力在临界点附近对气化效果和葡萄糖分解率都有一定影响。当葡萄糖的初始浓度高于5﹪时，添加了氧化钙的葡萄糖分解率随着浓度逐渐增大而明显增大。 添加氧化钙后，较理想的制氢反应条件为：温度在500℃左右，压力在临界压力(22.5MPa)以上，浓度在2.5～5.0﹪之间，反应停留时间在3～5min内，Ca/C摩尔比在0.4～0.5之间。 最后，基于本文的实验研究结果以及参考其他研究者的结论，对超临界水中葡萄糖气化反应机理和反应路径进行了初步分析。综合对比后，提出了在反应过程中添加氧化钙作为二氧化碳脱除剂的超临界生物质气化制氢工艺路径。新的工艺可以提高氢气的产量和增加生物质的分解率。

目录

文摘

英文文摘

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1引言

2文献综述

3实验系统与实验方法

4模型物料在纯超临界水中气化实验与结果

5模型物料在添加氧化钙后气化制氢实验及结果

6超临界水中生物质气化制氢反应路径和机理初步分析

结论

参考文献

附录A 原始实验数据

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致 谢