铁基催化剂对生物质高温蒸汽气化影响的实验研究

摘要

时下，如何使环境和能源和谐发展已经越来越受到人们的关注，以氢能为主的绿色能源成为了一种最佳的能源形式。与当下的能源形式相比，石油和天然气的价格以日剧增，以燃烧煤炭为主的电力行业面临着环境压力，效率较高的核能则存在着极大地安全风险。加之这些化石燃料都属于非清洁能源，它们在燃烧过程中都会释放大量的二氧化碳、二氧化硫和氮氧化物等温室气体，这些都是造成环境污染和全球变暖的主要凶手。
　　生物质能属于可再生能源的一种，在使用过程中不会产生有害物质和低温室气体排放，这类能源是继三大化石能源之后的清洁能源，其如何清洁高效的开发使用逐渐得到重视。氢能作为清洁能源，近些年开发与利用生物质能在各个大国之间如雨后春笋般出现，并投入大量的人力、财力和资源开展研究工作。氢在燃烧时产物是水，不会产生温室类气体和污染性气体，这种特性其他能源相比，热效率高，能量密度高，输送成本低等优点，是现有能源燃料中最适合用于工业和生活中的理想清洁燃料。使用生物质气化制取富氢气体正是生产氢能的有效方法。
　　公认的生物质气化限制性环节是反应温度和焦油产生问题。通过实验手段得出，当气化温度达到900℃-1000℃时，焦油类大分子物质裂解率达到了90％左右。但是随之而来的是较高的电力消耗，所使用的电能高于产出的生物质能。如果降低电能的消耗势必会降低气化温度，所带来的结果就是焦油量的增加，焦油的产生使生物质气化效率大幅降低，制约气化技术广泛应用。要使气化效率高且气化温度降低，添加催化剂有重要意义,催化剂能完美的解决这个问题。
　　对于生物质气化催化剂材料要选用催化活性较强且廉价易得的材料，铁矿石在天然矿石类催化剂中有着廉价易得，且具有良好的催化活性的优势，对其的研究也变得越来越多。本文主要考察铁矿石作为催化剂时温度、添加比例等因素对气化的影响规律，通过实验总结出一套高效、清洁的气化工况。
　　本论文的研究工作分为以下五部分：第一，进行实验用物料和铁矿石的化学分析。第二，进行实验平台的搭建，对气化炉体进行了设计和选型，选用高温水蒸汽作为气化剂和热载体。第三，设计了一套高温蒸汽加热系统，蒸汽加热温度最高可达1000℃保证了气化温度。第四，设计了气样采集系统，保证了测试气样的数据准确度。第五，进行了不同温度、不同催化剂添加量及无催化剂对比试验。通过实验数据分析得出：在添加15%铁矿粉、气化温度850℃、蒸汽流量0.89kg/h条件下1.5kg物料的气体产量达到了970L、氢气含率为最高58.28%。

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引言

1文献综述

1.1生物质能源应用现状

1.2生物质气化技术概述

1.3 气化催化剂的研究进展

1.4论文主要研究内容

1.5小结

2气化炉设计及实验平台的搭建

2.1气化炉主系统的设计

2.2实验平台辅助系统的设计

2.3小结

3 铁氧化物对高温水蒸汽气化的作用分析

3.1铁基催化剂的催化作用分析

3.2铁氧化物载氧性能的分析

3.3 小结

4 气化实验部分

4.1实验材料

4.2 实验装置及流程

4.3实验结果与分析

4.4 小结

结论

参考文献

在学研究成果

致谢