Fe-Ca-Ce催化生物质热解制备富氢合成气——以山楂药渣为例

以山楂药渣作为原料,在固定床反应器中研究了热解温度和Fe、Fe-Ca、Fe-Ca-Ce催化剂及负载量对药渣热解的影响规律,并研究了浸渍法和共沉淀法对热解气体产率的影响.研究结果表明,热解温度从500℃升高至700℃,H_(2)由10.40 mL/g升高至27.64 mL/g,当Fe负载量为w=7%时,H_(2)产率由27.64 mL/g增加至46.16 mL/g,在Fe中引入Ca有效提高了H_(2)的产率,Ca的负载量增加至w=2.0%时,H_(2)产率增加至69.53 mL/g.采用共沉淀法制备Fe和Fe-Ca催化剂有利于降低CO_(2)产率,而在Fe-Ca中引入Ce后H_(2)产率从69.53 mL/g减少至50.18 mL/g.

K/Ca催化木屑水蒸气气化制取富氢合成气

研制KOH/白云石复合催化剂,以松木屑为原料,在固定床气化炉中进行水蒸气气化实验,考察催化剂制备条件、反应温度、水蒸气流量、催化剂用量对气化合成气气体组分、产气率、产氢率及碳转化率等气化特性评价指标的影响,并对所研制的K/Ca复合催化剂进行SEM、XRD和孔隙结构分析。研究表明:K元素很好地负载在白云石上。由KOH质量分数6%、K/Ca物质的量比2∶1和煅烧温度900℃制备的K/Ca复合催化剂的催化性能最好。气化温度从600℃增加到750℃,H_(2)体积分数由40.70%增加至59.09%,产氢率由16.38 g/kg增加至90.64 g/kg,但继续升高温度会造成催化剂活性下降使得H_(2)体积分数和产氢率均有所下降。水蒸气流量由0.4 mL/min增加至1.0 mL/min时,H_(2)体积分数由52.75%增加至59.09%,产氢率由68.14 g/kg增加至90.64 g/kg,进一步增加水蒸气流量则会造成系统热量损失,使得H_(2)体积分数和产氢率均有不同程度的下降。催化剂与松木屑质量比值为0.3 g/g时,H_(2)的体积分数为59.09%,产氢率为90.64 g/kg;当质量比值增加到0.6 g/g时,H_(2)的体积分数降低至58.50%,产氢率提高到103.18 g/kg,继续增加质量比,二者变化趋势明显缓慢,即催化反应基本达到平衡。综合考虑各方面影响,K/Ca复合催化剂催化松木屑水蒸气气化的最佳条件为反应温度750℃、水蒸气流量为1.0 mL/min,催化剂与原料质量比值为0.6 g/g,此时产物气中H_(2)体积分数为58.50%,产氢率为103.18 g/kg,低位热值为10.94 MJ/m^(3),碳转化率为83.25%。

胜利褐煤水蒸气气化制富氢合成气及其固有矿物质的催化作用

利用微型固定床反应装置,研究了内蒙古胜利褐煤水蒸气气化过程中H2、CO2、CO和CH4生成规律及其固有矿物质的催化效应。原煤(SL-raw)、盐酸洗脱(SL-HCl)、氢氟酸洗脱(SL-HF)及盐酸洗脱液回添煤样(SL-HCl-Re)在水蒸气气化反应过程中,H2、CO2和CO生成速率存在明显差异,充分说明胜利褐煤中某些固有的矿物质对其水蒸气气化反应具有显著的催化作用,可大幅度提高其气化反应速率,并使其起始气化温度降低96℃,气化反应主体温度降低150℃以上,同时促进了合成气中H2生成,抑制了CO的生成,使胜利褐煤水蒸气气化反应过程中一直维持着较高的H2/CO摩尔比,SL-raw、SL-HCl-Re水蒸气气化所得合成气中H2/CO摩尔比分别为17.3和4.3,而SL-HCl和SL-HF水蒸气气化所得合成气中H2/CO摩尔比均只有1.22。SL-HCl和SL-HF水蒸气气化生成H2、CO2和CO的规律基本相同,说明起催化作用的物质是可溶解在盐酸洗脱液中的矿物质。经过分析,发现矿物质对胜利褐煤水蒸气气化反应的催化作用主要是通过提高水煤气变换反应(WGSR)速度实现的。最后结合文献报道提出了胜利褐煤水蒸气气化反应过程中矿物质的原位催化机理。

生物质水蒸气气化制取富氢合成气及其应用的研究进展

生物质水蒸气气化是有效的热化学转化手段,可将原材料转化为富氢合成气,气体应用更加广泛,有替代化石能源制氢的潜在价值。不同的生物质资源气化和产氢能力存在差异,物料的选择对气化制取富氢合成气至关重要,而调整气化操作参数包括反应温度、水蒸气加入量、催化剂和吸收剂等可进一步优化合成气质量,提升氢气含量。本文首先综述了不同操作条件对生物质水蒸气气化制取富氢合成气的影响。其次,介绍了生物质炭气化制取富氢合成气的研究现状,炭气化可制得高品质的富氢合成气,但过程受动力学限制,需要加入催化剂以提升炭气化速率。文中还简述了以钾盐为催化剂时的催化机理,并展望了富氢合成气的应用,包括制备高纯氢应用于燃料电池和制备合成天然气。

生物质炭水蒸气气化制取富氢合成气

以生物质炭为原料在上吸式固定床气化炉中进行水蒸气气化制备富氢合成气,考察了不同原料、粒径和催化剂对生物质炭水蒸气气化影响。结果表明,不同类型炭气化结果存在较大差异,其中木片炭气化结果最优,其次是玉米芯炭和稻壳炭,秸秆炭气化结果最差,木片炭产氢率最大为222.8g/kg。粒径的改变主要影响炭转化率,炭转化率随着粒径的增加呈增加趋势。通过炭吸收方式负载催化剂为有效的方法,其中在相同钾盐质量分数下,KOH催化能力较优于K_2CO_3,且气化速率为未加催化剂条件下的两倍。炭转化率随着碱液浓度的增加而增加,但浓度过高会增加灰分含量从而不利于产氢率,玉米芯炭催化气化最高产氢率为197.8g/kg,在碱质量分数为6%下获得。

氮气稀释富氢合成气高压燃烧特性数值模拟

为研究高压下氮气稀释富氢合成气的微混合燃烧规律,利用常压燃烧试验校正模型对不同压力、功率和当量比下的温度场、火焰形态以及污染物排放进行了计算分析。结果表明,随着压力的升高,燃烧器火焰温度和出口温度先升高后略微下降,火焰宽度逐渐变小,火焰高度有增大趋势,NOx排放指数升高,但在压力>14 MPa时,趋势变缓。

废弃活性炭化学链气化制富氢合成气

以废弃活性炭为原料,以Fe4ATP6复合载氧体为载氧体,在间歇高温流化床中考察了废弃活性炭化学链气化制富氢合成气反应的较优条件及复合载氧体的循环反应特性。结果表明,Fe4ATP6复合载氧体具有提供晶格氧及催化气化的双重作用,显著提高了碳转化率,促进了废弃活性炭气化过程,反应活性良好。废弃活性炭化学链气化制富氢合成气的优化反应条件:900℃、水蒸气流量为0.25 g·min^(-1)、OC/C比为1。在上述条件下,碳转化率达92.15%,合成气产量达1.20 L·g^(-1),其中H2产量为1.09 L·g^(-1),平均浓度为55.30%。10次循环实验表明Fe4ATP6复合载氧体的反应活性略有降低,通过SEM、XRD分析载氧体的表面形貌、物质组成发现,载氧体反应后结构变化较大,粒径减小,生成了无反应活性的硅酸铁。

蒙古国巴嘎诺尔(Baganuur)褐煤水蒸气气化制富氢合成气及其固有矿物质的催化作用

利用固定床气化-色谱联用装置,考察了蒙古国巴嘎诺尔(Baganuur)褐煤的水蒸气气化反应性能,研究对比了巴嘎诺尔褐煤原煤BN-R、盐酸洗煤BN-HCl、氨水洗煤BN-NH4OH、先酸洗后碱处理煤BN-HCl-NaOH及原煤和盐酸洗煤热解预处理煤样BN-R-Char与BN-HCl-Char在水蒸气气化过程中气态产物H2、CO和CO2的生成规律。研究结果表明,上述煤样的水蒸气气化过程中H2、CO和CO2的生成速率存在明显差异,与盐酸洗煤样相比,BN-R、BN-HCl-NaOH及BN-R-Char比对应矿物质脱除煤样的水蒸气气化速率高,充分说明巴嘎诺尔褐煤中某些固有矿物质对其水蒸气气化反应具有显著的催化作用,显著提高了其气化反应速率,使起始气化温度和气化反应主体温度均降低100℃以上,在提高H2和CO2生成量同时,还降低了CO生成量,制得了高H2/CO(物质的量比)的合成气。用盐酸脱除矿物质所得BN-HCl同BN-HCl-Char的水蒸气气化性能相似。与BN-R相比,BN-HCl与BN-HCl-Char水蒸气气化反应性明显下降,说明对巴嘎诺尔褐煤水蒸气气化起催化作用的矿物质成分在盐酸洗脱的矿物质中。经过分析,发现矿物质对巴嘎诺尔褐煤水蒸气气化反应的催化作用,主要是通过提高水煤气变换反应速率实现的。最后,结合文献报道,提出了巴嘎诺尔褐煤水蒸气气化反应过程中矿物质的原位催化机理。

生物质气化制富氢合成气的研究进展

生物质气化制取富氢合成气因其原料的清洁可再生性、产物应用方式的多样性被认为是最具发展前景的制氢方式之一。催化剂对调控生物质气化产物组成及焦油的裂解具有重要作用。本文综述了化石能源制氢、水分解制氢和生物质制氢方法,分析了生物质气化制氢的优势和局限性,以及存在的问题;重点介绍了生物质气化制氢的影响因素(气化剂、反应温度和催化剂)和用于生物质气化的主要催化剂种类(镍基、白云石和碱及碱土金属催化剂)及其特点,分析国内外生物质气化制取富氢合成气和催化剂的研究现状,探讨了催化气化制取富氢合成气的发展前景,提出有待解决的问题和研究方向。

煤与KOH共热解制备富氢合成气的研究

以制备富氢合成气为目的,进行了煤与KOH共热解试验。试验在升温速率6℃/min,120 mL/min N2气氛下进行,采用GC-TCD测定合成气的组成,考察了碱煤比对释氢特性、合成气组成与转化率的影响。结果表明,在不同的碱煤比下,合成气中H_2始终占据优势,碱煤比为2:1时,氢气产量与转化效率达到最优。

生物质热化学催化转化制富氢合成气研究进展

综述了生物质经热化学催化转化制富氢合成气的研究进展,重点阐述了热解法、气化法、生物油催化重整法、超临界转化法等各种热化学转化技术以及转化过程中常用的天然矿石类催化剂、碱金属催化剂和金属催化剂对焦油脱除及气体组分特别是H2含量的影响规律,并对新型高效催化剂的结构设计及开发研究进行了展望。

合成气微型燃气轮机燃烧室优化设计及数值模拟

初步设计了一种以富氢合成气为燃料的微型燃气轮机燃烧室。根据相关标准及热力计算结果依次确定了燃烧室的基本几何尺寸,二次风、掺混冷却孔的位置及开孔面积和旋流燃烧器的结构等,并利用计算流体动力学软件对所设计的燃烧室的冷、热态流场,燃烧稳定性,燃烧效率和压力损失等性能进行了数值研究。计算结果表明:设计的燃烧室流场合理,燃烧稳定,燃烧效率高,压力损失小,基本上达到了设计要求。

富氢合成气生物甲烷化与餐厨垃圾厌氧消化耦合性能分析

提出利用餐厨垃圾轻物质生产富氢合成气,并将富氢合成气生物甲烷化与现有餐厨垃圾厌氧消化单元耦合的工艺路线,为评估其可行性,考察了耦合系统的长期运行性能,并分析了该系统提升现有甲烷(CH_(4))产量的潜力。结果表明:在餐厨垃圾有机负荷(以挥发性固体质量计)为0.5~2.0 g/(L·d)、富氢合成气流量为0~5.28 L/d条件下,餐厨垃圾厌氧消化与富氢合成气生物甲烷化均能保持稳定运行,且沼气提纯效果明显,尤其在餐厨垃圾有机负荷为0.5,1.0 g/(L·d)时,产品气中CH_(4)的平均含量分别高达96.4%和86.6%;提高富氢合成气生物甲烷化速率以及优化调控反应体系的pH值、有效碱度和有机酸积累量有助于进一步提高该耦合系统的处理能力和运行稳定性;以300 t/d餐厨垃圾处理厂为例,该耦合系统预计能提高94.5%的CH_(4)产量,后续有必要结合成本效益分析,进一步评估该耦合工艺的工业化应用潜力。

白酒酒糟与污水污泥共气化制氢反应特性及协同性分析

利用固定床为反应器、水蒸气为气化剂进行了污水污泥(SS)和白酒酒糟(SDG)的气化实验,通过分析二者的掺混比和反应温度对二者气化特性的影响,推导了二者共气化的协同作用及协同机理。结果表明,污水污泥比白酒酒糟气化反应活性更强,白酒酒糟比污水污泥合成气选择性更高,二者在气化中存在互补作用。污水污泥与白酒酒糟共气化时,随着共混物中白酒酒糟比例的提高,氢气含量逐渐提高、一氧化碳含量逐渐降低;提高反应温度和增大污水污泥比例,可以提升气化反应的活性。当反应温度为800℃、污水污泥与白酒酒糟的质量比为1∶1时,污水污泥与白酒酒糟共气化具有最大的协同因子(1.36)。污水污泥和白酒酒糟中的钾和钙对气化反应产生了协同催化效果,催化机理为钾和钙的氧化还原循环。

改性分子筛载氧体制备及其性能实验教学实践

设计了综合型专业实验“镍改性分子筛载氧体的制备、表征及其化学链重整制富氢合成气的性能研究”。实验通过水热法合成HY分子筛,采用浸渍法引入活性金属制备镍改性分子筛载氧体;利用载氧体在化学链重整循环过程中释放和吸收晶格氧的特性,将农林废弃物高效转化为高品质富氢合成气,显著提高了转化效率、产气性能。该综合型创新实验将复合载氧体制备、性能分析和应用实例相结合,注重学生亲身体验本专业的科研实验,提升学生解决科学问题的能力,培养学生的创新思维和科研素养。

贫燃料预混燃烧的回火特性研究

回火问题是贫燃料预混燃烧面临的主要问题之一。本文采用计算和实验相结合的方法研究甲烷与富氢合成气贫预混燃烧的回火现象,得到不同燃料、不同稳定方式之间的回火特性。研究结果表明,回火极限可以关联为丕雷数模型,环形稳定器的回火稳定性最好,其次为杆稳定器,旋流稳定器的稳定性最差;环形稳定的甲烷预混火焰的回火过程为边缘稳定,适当加入边缘空气同轴射流后变为中心回火,且同轴射流速度存在最佳范围可以提高回火稳定性。

伍德气化工艺应用法国生物质制油项目

伍德公司的气化工艺将应用于法国生物质制油项目,该公司于2010年3月27日宣布,其专有的PRENFLO气化工艺将应用于法国BioTfueL项目。该项目将生物质制油工艺的各个技术阶段与商业化意图结合在一起。