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麦秸与澳门威利斯人88038的超临界水气化制氢

发布日期:2015-07-09 11:06:09
麦秸与澳门威利斯人88038的超临界水气化制氢
能源和环境压力的増加,迫使人们寻找可持续 发展的清洁新能源.氢不仅是最洁净的燃料,而且也 是非常重要的化工原料,预计本世纪中叶氢能将与 电能并重而成为主要终端能源|1].但目前氢主要由 不可再生的化石燃料制取,且制氢过程会对环境造 成污染.利用生物质制氢能够实现CO的近“零排 放”,解决化石能源消耗带来的温室效应问题.
我国是一个农业大国,含有大量的生物质资源, 每年农作物秸秆产量在6亿吨以上,林业废弃物年 产量约达3 700碑相当于2 000万吨标煤,有非常 大的开发潜力|21,将生物质气化己成为生物质能转 换为高品位能源的一种主要形式|31.其中将生物质 在超临界水中气化,具有反应速率快、热转化效率高 和环境友好等优点.但生物质超临界水气化制氢体 系存在复杂的化学反应,如果借助化学平衡理论对 其研究,则可以不追求反应过程细节,获得很多有价 值的反应过程信息,目前这方面的研究鲜有报道.因 此,笔者在前期模型化合物葡萄糖超临界水制氢工 作的基础上|41,进一步开展了农业废弃物麦秸在超 临界水中气化制氢的研究,分析了不同温度范围内 气体产物的分布规律,揭示了反应温度、系统压力及 物料质量分数对产气高热值的作用。
虽然只有在少数反应器内能使反应接近化学平衡, 但平衡研究所获得的结果不仅表征了反应能达到的 最大值,而且可为判断反应机理、确定反应器的结构 形式以及判别反应过程的控制因素(动力学还是热 力学控制)提供重要依据.目前解决化学平衡问题 的方法主要有两种:平衡常数法和吉布斯自由能最 小法.平衡常数法虽然比较直观,但需要知道反应物 的化学成分、反应体系内所进行的化学反应及其平 衡常数等信息.吉布斯自由能最小化法是目前国际 上应用最广的化学平衡方法,该方法计算简单不需 要反应的计量方程,只需输入反应体系的温度、压力 和反应物的元素组成(很容易从元素分析得到)可 直接进行最优化计算,所以文中选用吉布斯自由能 最小化方法。
由于麦秸不溶于水,所以试验前向其中加入具 有乳化和稳定作用的CMC文中首先计算了 25 MPa 压力下,不同温度范围内麦秸超临界水气化 的气体产物摩尔分数,并将结果与试验数据进行比 较;然后分析了产品气体的高热值随温度和质量分 数的变化。
高热值定义为麦秸/CC在超临界水中气化时 产生的每1 m (标准大气压下)气体产物中各种可 燃气的高热值之和,它是反映产气能量品质的一个 重要指标.由于计算过程发现,压力的变化对产气的 高热值影响比较小,所以文中重点分析了温度和质 量分数对产气的影响.图2为25 Pa压力下,不同质 量分数的麦秸/CMC气化时,其产品气高热值的变化情况。
模拟计算出的高热值随温度的升 高而下降,随物料质量分数的増加而増加,不同质量 分数物料气化时,其高热值随温度的变化速率是不 同的.以2%麦秸/2% CC为例,在330 ~550 C范 围内,高热值下降速率较快,在550 ~650 C范围内, 下降速率明显减慢,温度高于650 C以上时,高热值 不再变化.因此对于麦秸/CMC在超临界水中制取氢气而言,适当地提高气化温度有利于氢气的获得, 但对于制取可燃气体而言,并非气化温度越高越好. 对比试验值和模拟值,发现试验值和模拟值均随温 度的升高而下降,表现出相同的变化趋势。
模拟预报出的气 体产物分布和高热值的变化趋势与试验值基本一 致,但在量上有一定差距.原因是:①图中试验点给 出的温度为反应器的外壁面温度,反应器内物料的 实际温度要低于外壁温度,换句话说,图中650 式 验点对应的物料温度达不到650工要比650 °C低 (750 °C同理)②由于生物质超临界水气化制氢是 近二三十年兴起的一种新技术,该技术目前还处于 实验室研究阶段,有关麦秸/CMC超临界水气化制 氢的试验数据仍很缺乏,文中获得的试验点物料质 量分数与平衡计算质量分数不完全相同(650 C试 验点除外)③反应器的长度不够以及试验过程中 选取的试验参数未能保证反应达到化学平衡.上述 三因素的共同作用导致图1和图2中的试验值与模 拟值有偏差。
 
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