生物油炭浆蒸汽催化气化制氢研究

来源 :天津大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:klyh2008
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生物质(Biomass)气化制氢是实现可持续性低碳制氢的理想途径。然而,生物质体积大、能量密度低、耐磨,用于该领域的催化剂也存在易烧结和积碳失活等问题。基于此,本文将生物质预制成具有重油特性的生物油炭浆,用自制的钙钛矿催化剂,在固定床上开展了生物油炭浆的催化气化制氢研究。分析了催化剂、温度、水料摩尔比(WCMR)和质量空速(WbHSV)对氢气产率和碳转化率的影响。本文设计并研制了一套已获专利授权的制备生物合成气的装置和方法。该固定床气化制氢系统为顺利开展生物油炭浆的催化气化制氢研究提供了保障。采用柠檬酸络合法制备了La1-xKxMnO3(x=0、0.1、0.2、0.3)、LaFeO3、La0.8X0.2FeO3(X=Ce、Mg、K)和LaCo1-xCuxO3(x=0、0.1、0.2、0.3)钙钛矿型催化剂,利用固定床开展了生物油蒸汽催化重整制氢研究和生物油炭浆蒸汽催化气化制氢研究。结果表明,各种自制的催化剂均形成了典型的ABO3钙钛矿型晶体结构。各催化剂在反应后仍保持着钙钛矿晶体结构,且较高的反应温度和较低的WbHSV都利于氢气产率和碳转化率的提高。La1-xKxMnO3催化生物油蒸汽重整制氢反应的活性符合La0.8K0.2MnO3>La0.7K0.3MnO3>La0.9K0.1MnO3>LaMnO3。La0.8K0.2MnO3对应的最佳WCMR为3,当温度为800℃、WCMR为3、WbHSV为12 h-1时,生物油蒸汽重整制氢反应的氢气产率和碳转化率最高,分别为67.5%和65.3%。La FeO3、La0.8X0.2FeO3和La Co1-xCux O3催化生物油炭浆蒸汽气化制氢反应的活性符合La0.8Ce0.2FeO3>La0.8K0.2FeO3>LaFeO3>La0.8Mg0.2FeO3和LaCo0.9Cu0.1O3>LaCo0.8Cu0.2O3>LaCo0.7Cu0.3O3>LaCo O3。催化剂La0.8Ce0.2FeO3和LaCo0.9Cu0.1O3对应的最佳WCMR均为2。当温度为800℃、WCMR为2、WbHSV为15.4 h-1时,La0.8Ce0.2FeO3对应的最高氢气产率和碳转化率分别为82.0%和65.6%,LaCo0.9Cu0.1O3对应的最高氢气产率和碳转化率分别为75.3%和80.4%。建立的双流化床(DFB)气化制氢Aspen模型能很好地模拟该工艺,可以用于分析和计算木屑DFB气化过程的物料平衡和能量平衡。模拟结果表明,当设定氢气产量为90 kg时,DFB气化制氢工艺需要消耗2266 kg的木屑、6200 kg空气,外部补给450 kg H2O、排放3137 kg CO2、484.3 kg H2O、4758 kg N2和14.07kg灰分。DFB气化制氢工艺氢气产率为39.7 g H2/kg木屑,能量收率为38.9%。
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