木屑／CaO与水蒸汽连续气化制氢的实验研究

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1、第29卷第9期太阳能学报v0【．29．No．92OO8年9月ACrAENERGIAESOL八RISs1NICASep．，20O8文章编号：0Z．~0096(2008}09-1139·05木屑／CaO与水蒸汽连续气化制氢的实验研究武琛一，赵丽凤，田文栋，肖云汉(1．中国科学院工程热物理研究所，北京100080；2．中国科学院研究生院，北京100080)摘要：搭建了可实现在定压条件下连续给料的实验台。实验结果表明，温度为923K，当压力大于1MPa时连续气化反应能够持续地进行；923K，2．0MPa时系统运行平稳

2、后生成气体成分中H2和CH,的含量可达到92％，其中H2为79％。再增大压力，氢含量比率有所下降，但碳转化率略有增加，即产气量略有增加。压力低于1MPa时，c02的吸收并不理想，产物中c02含量较高，当压力达到2．0MPa后，c吸收已较充分，再增加压力，CaO、Ca(OH)：吸收C0)形成CaCO3反应受压力影响较小。关键词：生物质气化；制氢；c()2吸收中图分类号：TB611文献标识码：ACaO比例、反应压力、温度和蒸气流量等来测定不同0引言情况下生成气体成分组成。针对含碳能源制氢，日本的Ljn等提出了Hy

3、Pr-RING方法¨并进行了一系列热力学分析和实验研究。中科院工程热物理所肖云汉等构建了未来的煤制氢零排放系统]。阎跃龙4]、乔春珍_5等对煤、生物质等含碳能源直接制氢可行性和影响因素等进行了一系列热力学分析，并在釜式定容反应器(见图图2连续式制氢反应装置1)中对煤、生物质等含碳能源进行了一系列实验研Fig．2Thecontinuousequipmentforhydrogenproduction究，结果表明温度和压力对反应体系有较大影响，并认为合适的温度在923K附近。1反应原理含碳能源直接制氢是使用CO2吸

4、收剂，通过控4制合适的反应条件，将水煤气反应(1)和变换反应2-电热炉(2)集中到一个反应器中进行，同时将制氢过程中产4_温控器6_安全阀生的cO2通过吸收反应(4)进行固化，反应过程的总8_冷水管反应为(5)。与此同时反应的吸热和放热也达到了图1釜式定容反应器集成。Fig．1rllaeautoclaveequipmentc(含碳能源)+H20=CO+H2—131．2kJ／mol(1)为了更好的研究木屑／CaO粉末与水蒸汽气化CO+H20=C02+H2+41．2kJ／mol(2)反应制氢的反应条件和影响因素，

5、搭建了可实现定压条件下连续给料的实验台(见图2)，该连续式反CaO+H2O=Ca(OH)2+109kJ／mol(3)应装置可实现反应物瞬时快速升温和反应后气体产Ca(OH>2+C02=CaCO3+H2O+69kJ／mol(4)物的快速冷却，并能实现恒定的反应温度和压力，更总反应：C+20+CaO=CaCO3+2H'+能反应出工况点的准确数据，还可以通过调整木屑／88．8kJ／mol(5)收稿日期：2007-03．30基金项目：国家重点基础研究发展规划(No．G20o3cB21舒02)；国家高技术发展研究规划(

6、2003AA529260)通讯作者：武琛(1981一)，男，硕士研究生，主要从事能源高效清洁利用方面的研究。wuchen04@mails．gucas．at3．121太阳能学报29卷其中，——生成气成分i在时刻物质的量流2实验量，mol／min；C——生成气成分i在f时刻体积浓，该实验装置由进料系统、蒸汽发生器、加热系度；F——生成气体的总流量，L；反应器的容统、反应器、冷却器、分离器和分析测量系统等组成。积，L；△f——所取的时间段，本实验中取lmin；进料系统可实现1～5g／min给料量，蒸汽发生器可提P—

7、—用标准大气压来表示的反应压力，alm。反应供823K的高压蒸汽，反应器电阻炉能够提供6000W结束后用综合热分析仪(LinseisSTAFF1600)来分析的加热功率，确保反应器能够维持恒温。气体成分测定固体残留物中的碳、CaO、Ca(OH)、CaCO3等成测量采用色质联用仪(GCMS．QP2010GC，USA)分含量，在N，气氛下，热重以20K／min速度升温到2．1原料1123K，在这过程中Ca(OH)2、CaC03相继分解失重，气化反应物的木屑取自北京通县杨木，粉碎后达到1123K后，通人空气，残留物

8、中碳燃烧失重，从声<0．2mm，其元素分析见表1。CaO粉末颗粒直径而测出各种成分的量。冷凝水等残液中含碳采用总cao<0．15mm。按照[c]木屑／[ca]ca0=1．0／1．5进行有机碳分析仪(LiquiTOC／TNb，Germ~)分析测量。配料放人加料系统中。表1木屑的元素分析和工业分析3结果讨论Table1Theproximateandultimateanalysisofbiomass对气化