煤与生物质共超临界水催化气化制氢的实验研究

在压力为20～25MPa、停留时间为15～30s、：NaOH添加量(质量分数)为0．1％、反应器外壁温度为650℃的条件下，对煤与生物质的模型化合物羧甲基纤维素钠(CMC)在超临界水环境中的催化气化制氢性能进行了研究，探讨了物料浓度、压力以及停留时间对煤与CMC共气化制氢的影响．实验结果表明：煤与CMC二共超临界水催化气化制氢的主要气体产物是H2、CO2和CH4，H2的体积分数可高达60％以上；增加物料浓度、升高压力有利于提高产氢率，但延长停留时间不利于氢气的制取．     

生物质与煤超临界水气化制氢的实验研究

利用间隙式釜式反应器,在反应器内流体温度为450℃、初压为4MPa(终压为22～27MPa)、保温时间为20min、NaOH作为催化剂的条件下,分别对生物质模型化合物羧甲基纤维素钠(CMC)与煤以及原生生物质玉米芯与煤的超临界水气化制氢进行实验研究.结果表明:CMC/煤共超临界水气化制氢过程中,共气化的产氢率和气化率均高于同样情况下CMC、煤单独气化的加权平均值,玉米芯/煤共气化也出现类似结果,这说明CMC/煤、玉米芯/煤共超临界水气化制氢均存在协同效应.初步分析了协同效应产生的机理.     

煤及生物质共超临界水气化过程中的协同效应

在自行研制的连续管流式煤及生物质共超临界水气化制氢装置上，对甘肃华亭烟煤、羧甲基纤维素钠（生物质模型化合物）及其两者的混合物在反应器壁温650℃、系统压力25MPa、停留时间30s、NaOH质量分数为0．19，6的条件下进行了实验研究．实验表明：气体产物主要由H2、CO2和CH4组成，其中H2的体积分数可高达60％以上；气体产物中未检测到N和S，含N和S的污染物以液相排除，极大地减少了大气污染．研究发现煤与羧甲基纤维素钠共超临界水气化过程中在产氢率和气化率上出现了明显的协同效应，进一步提出协同效应主要由超临界水中的自由基反应引起．结果表明，煤及生物质共超临界水气化制氢是一种富有前景的洁净能源转化新技术．     

生物质/煤超临界水气化制氢的主要影响因素

以羧甲基纤维素钠(CMC)/华亭烟煤的超临界水共气化制氢为例,考察了温度(350～700℃)、压力(20～35 MPa)和物料(CMC 煤)的质量分数w(1.1%～2.0 %)等对生物质/煤共气化气体产物的影响.模拟和实验结果表明:得到的主要气体产物是H2、CO2和CH4,产气中H2的摩尔分数随温度的升高而升高,但温度升高到一定值后,H2的摩尔分数(x(H2)=67%)保持不变;随物料质量分数的增加,H2的摩尔分数减小,物料的温度和质量分数的变化对产气的作用远大于压力;制氢的适宜温度为450～550 ℃、压力为25 MPa左右、w≥15%.提出后续实验应着重提高物料在反应器内的加热速率,筛选研究在较低温度下能有效催化产氢的Ni催化剂.     

麦秸与羧甲基纤维素钠的超临界水气化制氢

为了探索农业废弃物优质转化的新途径,采用吉布斯自由能最小原理和试验研究相结合的方法,分析麦秸/羧甲基纤维素钠(CMC)在超临界水中转化为富氢气体时气体产物的分布特点.结果表明主要产气为氢气、二氧化碳和甲烷,在亚临界区(330～374℃)、低温的超临界区(375-430℃)以及高温的超临界区(≥430℃),产物分布明显不同.尤其是氢气,其摩尔分数分别从最低、居中上升到最高(66%),这表明高温明显有利于制氢,但温度升高到一定值后,气体产物的平衡组分不再变化.研究表明,温度和质量分数对产气的作用远大于压力,产气的高热值随物料质量分数的增加而增加,随反应温度的升高而下降.提出麦秸/CMC气化制氢的最佳温度为450～600℃.     

操作参数对纤维素超临界水气化制氢产气性能的影响

操作参数对生物质超临界水气化制氢产气性能有直接的决定作用.本文利用基于Gibbs自由能最小原理建立的化学平衡两相模型和实验结果,分析了反应温度、系统压力以及物料浓度等主要参数对纤维素超临界水气化制氢产气性能的作用,得到纤维素未完全气化之前,升高温度会提高气化率,但导致产气高热值降低,因此升高温度虽然对制氢有利,但对制取可燃气体是不利的;升高压力对气化率和高热值的影响不大,压力的选取以稍高于水的超临界压力为宜;高浓度物料明显难以气化,混合催化剂Raney-Ni和ZnCl2对高浓度物料气化有较好的催化潜力.所得结论对生物质超临界水气化过程的优化以及该技术的大规模利用提供了一定的依据.