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．     

原生生物质在超临界水流化床系统中气化制氢

以原生生物质玉米芯与羧甲基纤维素钠的混合为原料,利用实验室成功构建的超临界水流化床气化制氢系统,在压力25 MPa、温度550～650℃范围内,对其气化制氢特性进行研究,讨论了气化过程中气化时间、温度、流量、物料浓度对气化效果的影响.研究结果表明:温度对气化影响较大,升高温度有利于气化;小的流量对应长的反应器停留时间有利于产氢;随着物料质量分数的增加,生物质气化效果明显下降,而在超临界水流化床气化制氢系统中质量分数为18%的物料仍能长时间连续稳定气化,未发生反应器结渣堵塞现象.     

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．     

生物质超临界水气化制氢反应动力学分析

运用过渡态理论,对羧甲基纤维素钠(CMC)和锯木屑/CMC的超临界水气化反应动力学进行了研究.结果表明该反应为一级反应,CMC的活化能随着压力的增大而减小,在20MPa时为160kJ/mol,在25～35MPa时为97～81kJ/mol;CMC的活化体积在临界点附近达到了103数量级,而在远离临界点时迅速减小;溶解度参数、介电常数和超临界水密度对反应速率常数的影响趋势基本相同,随着这些参数的增大,反应速率减小,过渡态复合物极性小于反应物极性.当温度为923K时,对锯木屑/CMC在不同的压力条件下进行气化,其活化体积在临界压力附近较高,在远离临界压力时较低,而溶解度参数、介电常数和超临界水密度对反应速率常数的影响趋势基本相同.     

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.     

有机废液在超临界水中气化制氢的实验研究

以麦秆发酵制氢产生的有机废液为实验原料,在管式连续流反应器中进行了超临界水气化制氢的实验研究.考查了温度、压力、浓度对气化效果的影响.实验表明利用生物质发酵制氢残液在超临界水中气化,可以实现制氢与制污的双重目的.     

高含量煤在超临界水中气化制氢的实验研究

针对当前煤在超临界水气化制氢研究中存在的物料质量分数低于5%、实验装置以高压釜居多且不能连续稳定产氢等问题,以高含量煤的气化制氢为研究目的,在反应器壁温650～800℃、反应压力23～27 MPa、物料流量3～7 kg/h的条件下,利用连续管流式反应系统对高含量煤进行了超临界水气化制氢实验研究,考察了温度、压力、物料流量、催化剂及氧化剂和物料含量对气化效果的影响规律,成功地将质量分数为16%的煤输送进反应器并稳定产气,煤的气化率和氢气产率分别为0.317和0.022.     

超临界水中花生壳气化制氢的实验及机理研究

以原生物质花生壳为原料,羧甲基纤维素钠为添加剂,利用釜式反应器,在温度为450℃、压力范围为24~27 MPa的条件下,考察了K2CO3、ZnCl2、Raney-Ni三种催化剂对超临界水中生物质催化气化制氢的影响.结果表明,ZnCl2对氢气的选择性最高,K2CO3次之,Raney-Ni最低,但在低温条件下Raney-Ni最有利于生物质的气化,气化率高达126.84%,氢气产率高达34.37 g.kg-1.选取ZnCl2和Raney-Ni混合使用时,氢选择性明显提高,甲烷迅速减少.通过对催化机理的探索,提出了生物质催化气化的反应路径,对实验中出现的现象和所得出的结论给予了合理解释.     

农业生物质在超临界水中气化制氢的实验研究

以农业生物质(包括玉米秸秆、玉米芯、麦秸、稻草、稻壳、花生壳、高粱秆)为原料，羧甲基纤维素钠为添加剂，利用连续管流反应器，在反应器壁温为650℃、压力为25MPa的条件下进行了生物质气化制氢实验研究．讨论了运行时间、生物质类型、颗粒大小、反应器壁面状况等因素对气化结果的影响．实验结果表明：农业生物质在超临界水中气化生成以氢气、二氧化碳、一氧化碳、甲烷以及少量的乙烷和乙烯为主要成分的气体；气化周期内大约经过100min气体产物组成以及产量趋于稳定；在相同的实验条件下不同生物质气化得到了相似的气体组分，气体产物中一氧化碳体积分数大约为1％，甲烷体积分数超过10％，氢气的体积分数最高可以达41．28％；小颗粒的生物质气化能生成更多的氢气；反应器壁面对生物质气化有明显的催化作用．     

内在钾元素对玉米芯超临界水气化制氢过程的影响

为研究玉米芯中内在钾元素对其超临界水气化(SCWG)过程的影响,采用水洗方式对钾元素进行了脱除.对水洗样中的无机成分和有机成分进行了分析,结果表明这一方法能有效脱除玉米芯中的钾,并能保持玉米芯有机成分的稳定.利用压力釜反应器对玉米芯原样和水洗样进行了不同反应温度、不同反应压力、不同反应停留时间下的SCWG实验.实验结果表明,玉米芯中钾元素的存在促进了SCWG反应产物中氢气的生成.提高反应压力或延长反应时间,均强化K对H2生成的促进作用.内在钾元素对气体产量和气化率的影响与温度有关,低温时促进气化,而高温时抑制气化.此外,对水洗样分别回添KCl和KOH进行了SCWG反应实验,结果表明回添的KCl和KOH均阻碍氢气的产生和玉米芯的气化.因此,玉米芯内在钾元素在SCWG过程中的作用方式与直接添加钾成分时有所区别.