超临界水中生物质和煤气化制氢性能的研究

【摘要】：煤和生物质是我国的两大能源，但是目前，煤和生物质主要用来直接燃烧，因此利用率低，尤其是煤的燃烧对环境造成了严重的污染，所以高效洁净利用煤和生物质有着重大的意义。氢能是一种可存储、可运输的清洁能源。利用超临界水的独特气化性能，将生物质和煤转化为富氢气体，不仅提高了生物质和煤的利用率，而且过程清洁无污染，能达到高效洁净利用的目的，有望开辟一条经济高效的制取氢气的新途径。 本文首先利用Aspen Plus软件对超临界水中生物质模型化合物甲醇气化制氢进行了模拟，并进行了模型验证，继而对其气化过程进行能分析和分析，重点探讨了温度、压力和物料浓度对超临界水中甲醇气化转化为富氢气体过程的影响，揭示了影响这一反应过程的主要因素；然后对超临界水中生物质和煤共气化制氢过程进行了模拟和实验对比，研究了温度、压力和生物质/煤的质量比对共气化的影响。研究得出，超临界水中生物质和煤气化制氢的主要产物有H2、CO2、CH4和CO；相对于压力，温度和物料浓度是影响气化制氢过程的主要因素；在温度650℃，压力25MPa时，超临界水中玉米芯/煤共气化制氢的产氢率和气化效率出现了协同效应，尤其在玉米芯与煤的比例为4:1时更为突出，此现象与实验结果相一致。 本文对超临界水中生物质和煤气化制氢过程进行了较为全面的质量和能量分析，揭示了这一过程的质量和能量转换特性，可为后续超临界水中生物质和煤气化制氢的实验和设备的设计及优化提供一定的依据。 【关键词】：超临界水 生物质 煤 制氢
【学位授予单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：X382;TQ116.2
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 1 绪论9-20
• 1.1 研究背景及意义9-11
• 1.2 国内外现状分析及研究进展11-18
• 1.2.1 超临界水中生物质制氢研究概况11-15
• 1.2.2 超临界水中煤制氢研究概况15-17
• 1.2.3 超临界水中生物质和煤制氢研究概况17-18
• 1.3 本文主要研究内容18-20
• 2 热力学模型及方法20-32
• 2.1 热力学性质的计算方法20-24
• 2.1.1 生成焓20
• 2.1.2 显焓20-22
• 2.1.3 燃烧焓22-23
• 2.1.4 熵23
• 2.1.5 物理23-24
• 2.1.6 化学24
• 2.2 GIBBS 自由能最小化基本原理24-27
• 2.3 能量分析方法27-30
• 2.3.1 能量平衡法27-28
• 2.3.2 熵分析法28-29
• 2.3.3 分析法29
• 2.3.4 能量方法的比较29-30
• 2.4 Aspen Plus 软件以及模型30-32
• 2.4.1 Aspen Plus 软件的介绍30
• 2.4.2 气化模型30-32
• 3 超临界水中甲醇气化制氢过程能分析和分析32-45
• 3.1 概论32-33
• 3.2 模型验证33
• 3.3 温度对超临界水中甲醇气化制氢过程的影响33-37
• 3.3.1 温度对气体产率和气化效率的影响33-35
• 3.3.2 温度对燃料效率和燃料效率的影响35-36
• 3.3.3 温度对氢气品质的影响36-37
• 3.4 压力对超临界水中甲醇气化制氢过程的影响37-40
• 3.4.1 压力对气体产率和气化效率的影响37-38
• 3.4.2 压力对燃料效率和燃料效率的影响38-39
• 3.4.3 压力对氢气品质的影响39-40
• 3.5 物料浓度对超临界水中甲醇气化制氢过程的影响40-43
• 3.5.1 物料浓度对气体产率和气化效率的影响40-41
• 3.5.2 物料浓度对燃料效率和燃料效率的影响41-43
• 3.5.3 物料浓度对氢气品质的影响43
• 3.6 本章小结43-45
• 4 超临界水中生物质和煤共气化制氢过程能分析和分析45-60
• 4.1 概论45-46
• 4.1.1 生物质和煤的基本数据46
• 4.2 温度对超临界水中生物质和煤共气化制氢过程的影响46-50
• 4.2.1 温度对气化效率和产氢率的影响46-48
• 4.2.2 温度对气体体积分数的影响48
• 4.2.3 温度对燃料效率和燃料效率的影响48-49
• 4.2.4 温度对氢气品质的影响49-50
• 4.3 压力对超临界水中生物质和煤共气化制氢过程的影响50-54
• 4.3.1 压力对气化效率和产氢率的影响50-51
• 4.3.2 压力对气体体积分数的影响51-52
• 4.3.3 压力对燃料效率和燃料效率的影响52-53
• 4.3.4 压力对氢气品质的影响53-54
• 4.4 玉米芯/煤质量比对超临界水中生物质和煤共气化制氢过程的影响54-58
• 4.4.1 玉米芯/煤质量比对气化效率和产氢率的影响54-56
• 4.4.2 玉米芯/煤质量比对气体体积分数的影响56-57
• 4.4.3 玉米芯/煤质量比对燃料效率和燃料效率的影响57-58
• 4.4.4 玉米芯/煤质量比对氢气品质的影响58
• 4.5 本章小结58-60
• 5 结论与展望60-62
• 5.1 结论60
• 5.2 展望60-62
• 致谢62-63
• 参考文献63-69
• 发表的论文及科研情况69

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