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[信息] 生物质热化学取氢反应器的设计

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发表于 2008-12-3 14:51:01 | 显示全部楼层

生物质热化学取氢反应器的设计

  生物质资源丰富,是一种污染小的可再生能源,对生物质进行热化学处理以得到富氢燃气是很有前景的一种氢能开发方式,已引起了世界各国研究者的普便注意。J. L.Cox等认为通过控制气化条件和优化反应器设计,由生物质气化可以得到较高的氢产出。 
  国外在这方面已进行了相当多的研究。但是,以产氢为研究重点的比较少。J.L.Cox等利用一膜反应器将生物质气化和氢气分离合成一步,经实验证明具有较好的动作性能。S.Turn等在富氧条件下研究了生物质的水蒸汽气化反应;在他们的动作条件范围内,单位公斤生物质产氢量在ER为0的情况下可以达到 60g。S.Rapagna等在一流化床反应器和固定床反应器内研究了生物质的催化气化反应,他们保持流化床反应器的条件不变,重点研究了固定床催化裂解器内动作条件对氢产量的影响。相当多的研究探讨了催化剂对气体成分的影响。到目前套用的催化剂主要有锻烧白云石,蒸汽重整和镍基催化剂。José Corella等利用一固定床催化反应器比较了锻烧白云石、菱镁矿和方解石的催化活性和寿命。同时他们也研究了商业蒸汽重整催化剂对水蒸汽气化的影响。 C.Courson等将金属镍作为活性组分嫁接在橄榄石上研究了生物质气化气的水蒸汽重整和CO2重整反应。Herguido,J.等研究了不同的生物质原料对水蒸汽气化的影响。本文以氢的产出为研究重点,对生物质气化进行了研究。物料的元素分析为:碳一50.54%,氧41.11%;氢-7.08%。由物料的元素分析,可以得到它的化学表征式:CH1.7O0.6 .以蒸汽作为氧化剂,可以得到生物质气化的化学平衡式(1)和(2):

  本文采用了一个小型的流化床反应装置研究了反应器温度、水蒸汽/生物质比率 S/B(steam to biomass ratio),空气当量比 ER(equivalence raio)和生物质颗粒粒度对气体成分、产氢率和潜在产氢率的影响。潜在产氢率 HYP (hydrogen yield potential)定义为己有产氢率与理论上可通过完全水煤气变换反应(2)与蒸汽重整反应(3)产生的产氢率之和

  1 实验部分 

  1.1实验物料 

  实验原料为广州市一个锯木厂的松木锯末。松木锯末被筛分成4个粒度范围,分别为0.6-0.9mm,0.45-0.6mm,0.3-0.45mm和0.2-0.3mm。 

  1.2实验装置 

  实验装置如图1所示。它主要给料装置,进风、进汽系统,流化床反应器,压力测量、温度测量与控制系统,燃气计量、淨化与取样系统等组成。给料装置由料仓、螺旋轴、可调速电机等组成,料仓内通有一部分空气作为平衡气。为了防止进料管温度过高使木粉过早发生热分解以及螺旋轴受热变形,在进料管接近反应器的部分设定了冷却套管。 

  生物质气化反应器是一个常压鼓泡流化床,下部内径为40mm,上部内径为60mm,流化床总高为1400mm。该流化床为电加热控温,上、下部各有一个圆柱形电炉,可分别由温度控制仪进行温度控制。在流化床整个高度上均匀分布有5个测温、测压点,用以测量床内温度及监控床内的流化状态。 

  进风系统由空气压缩机、气体流量计、空气预热器(可以将空气预热到65℃左右)以及位于流化床底部的空气分布板组成,分布板厚为3mm,上面均匀分布有 25个直径为lmm的小孔。实验所用蒸汽由一个蒸汽发生器产生,蒸汽温度为154℃,压力为0.4Mpa。在实验开始前,向流化床内加人30g、60-80目的建筑用砂作为流化介质。同时打开电加热炉对反应器进行预热。当反应器温度达到预定值并保持恆定时,开始通入空气;当反应器温度再一次达到稳定状态时,开始进料、进汽,实验开始。一般情况下,实验开始15分钟后,反应达到稳定状态,此时每间隔3分钟取一次样,共取样3次。



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