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外循环移动床生物质催化气化制氢工艺研究

作　者: 穆家华
导　师: 徐绍平
学　校: 大连理工大学
专　业: 化学工艺
关键词: 生物质催化气化制氢固体热载体
分类号: TQ116.29
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

本论文工作属于国家自然科学基金资助项目“外循环并流移动床生物质催化气化制富氢气体体系的构建”(编号:50776013)的一部分。为改善未来的能源结构和缓解目前严重的环境污染问题,人们越来越重视清洁能源—氢能的开发和利用。生物质催气化制氢是富有发展前景的利用可再生资源制氢技术。但是,制约目前生物质气化制氢技术发展的主要问题是产气中含量低和焦油含量高。水蒸汽作为气化剂和使用催化剂是提高产气中含量和降低焦油含量的有效手段。基于此,本论文提出了用循环固体热载体法的外循环逆流移动床催化气化制氢工艺,目标是减少焦油产生和提高产气中含量。反应系统由气固逆流移动床气化器、热解器和快速流化床燃烧器构成,燃烧器和热解器、燃烧器与气化器之间的气氛独立分开。催化剂同时作为固体热载体在三器间循环,将燃烧半焦和催化剂积炭释放的热量提供给气化、热解反应。在灼热固体热载体加热的条件下,热解器内生物质快速热解,气化器内热解焦油水蒸气催化转化顺序发生,而热解半焦、催化剂积炭燃烧处于燃烧器中,解决了催化剂再生的问题。本气化工艺综合了生物质快速热解、焦油水蒸气催化转化、热载体加热和催化剂再生无切换连续进行等特点。由于气化所需热量是通过燃烧催化剂积炭和半焦实现的,这使得生物质中的氢最大限度地转化为目的产物氢气成为可能。本论文主要包括如下四部分内容:1)对外循环逆流移动床生物质催化气化的工艺系统进行了物料衡算和热量衡算;2)设计建造了一套实验室连续循环装置统,主要设计内容:热解器、气化器、燃烧器及其附属设备、生物质进料系统、热载体循环系统、产气净化系统等等;3)进行了实验装置的冷态试验,考察了气化器、热解器和提升管系统,实现了固体热载体的稳定循环,为热态试验打下了基础;4)以白松为原料,进行了实验装置的初步热态测试,验证了外循环移动床生物质催化气化工艺的可行性。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
1 绪论  10-22
  1.1 引言  10-11
  1.2 生物质和生物质能  11-12
  1.3 生物质气化  12-17
    1.3.1 生物质气化的化学过程  12-13
    1.3.2 生物质气化器  13-17
  1.4 生物质催化气化制氢工艺研究现状  17-20
  1.5 本课题研究的主要内容、目的与意义  20-22
2 外循环移动床生物质催化气化制氢工艺构建  22-44
  2.1 外循环逆流移动床生物质催化气化制氢工艺简介  23-25
  2.2 外循环移动床生物质催化气化制氢工艺计算  25-42
    2.2.1 气化器和热解器的总物料衡算  27-30
    2.2.2 热解器热量衡算  30-33
    2.2.3 气化器热量衡算  33-38
    2.2.4 燃烧器的物料衡算和能量衡算  38-42
  2.3 本章小结  42-44
3 外循环移动床生物质催化气化制氢实验装置设计  44-70
  3.1 实验装置的主要设计指标  44
  3.2 实验装置结构及流程介绍  44-46
  3.3 气化反应器设计  46-50
    3.3.1 气化器筒体设计  46-47
    3.3.2 气化器附属设备设计  47-50
  3.4 热解反应器设计  50-52
    3.4.1 热解器筒体设计  50
    3.4.2 热解器附属设备设计  50-52
  3.5 提升管燃烧反应器设计  52-60
    3.5.1 提升管筒体设计  53-57
    3.5.2 提升管附属设备设计  57-60
  3.6 生物质双螺旋进料系统设计  60-62
    3.6.1 生物质螺旋进料器设计  60-62
    3.6.2 生物质料仓设计  62
    3.6.3 密封形式设计  62
  3.7 热载体循环控制机构设计  62-65
    3.7.1 星形旋转阀结构设计  63
    3.7.2 热载体螺旋进料器设计  63-65
  3.8 产气干式净化系统设计  65-67
  3.9 旋风分离器设计  67-69
  3.10 其它附属设备设计  69-70
4 实验装置的冷态试验  70-77
  4.1 气化器系统考察  70-71
    4.1.1 热载体在气化器中的停留时间  70
    4.1.2 气化器移动床压降  70-71
  4.2 热解器系统考察  71-72
    4.2.1 热解器移动床料位  71-72
    4.2.2 热解器过滤作用和回流管阻力  72
  4.3 提升系统考察  72-75
    4.3.1 提升管稳定性操作  72-73
    4.3.2 提升管压降  73-74
    4.3.3 热载体在提升管中的停留时间  74
    4.3.4 料仓分离能力  74-75
  4.4 热载体循环控制机构考察  75-76
  4.5 本章小结  76-77
5 实验装置的热态测试  77-80
  5.1 实验物料  77
  5.2 实验装置  77
  5.3 实验操作步骤  77-78
  5.4 实验装置的热态测试  78-80
    5.4.1 系统温度的变化  78
    5.4.2 料位的控制  78-79
    5.4.3 催化剂在燃烧器中的再生  79
    5.4.4 系统性能测试  79-80
结论  80-82
参考文献  82-85
附录实验装置现场图  85-86
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  86-87
致谢  87-88

外循环移动床生物质催化气化制氢工艺研究

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