發(fā)布時間：2017-08-01 10:17

  本文關鍵詞：反應吸附強化沼氣水蒸汽重整制氫研究

  更多相關文章： 制氫 沼氣 反應吸附強化 熱力學 技術性能評價

【摘要】：我國有著豐富的沼氣資源,沼氣作為一種常見的可再生清潔能源,大力發(fā)展沼氣制氫技術,不僅可以最大限度地減少沼氣直接排放對環(huán)境的污染,增加沼氣的附加使用價值,還能為氫氣的生產,提供一種可再生的原料。本文首次提出并研究反應吸附強化沼氣水蒸氣重整制氫(ReSER-Biogas)技術,能夠在更低的溫度條件下,一步式直接制取高濃度的氫氣產品,是更高效、節(jié)能地利用沼氣制氫的途徑,對實現(xiàn)沼氣高效制氫的目的具有非常重要的實際意義。本文首先建立了ReSER-Biogas反應的熱力學模型,模擬計算了不同工藝條件下甲烷轉化率以及出口氫氣濃度的變化規(guī)律。由模擬計算結果可知,反應吸附強化技術可以在降低反應溫度的同時,降低產物中CO2和CO濃度,一步直接獲得高濃度氫氣產品。在得到相同濃度氫氣產品條件下,采用反應吸附強化的方法可以降低反應溫度約150℃。當反應溫度為550℃,CO2移除率增加到0.99時,理論計算發(fā)現(xiàn)此時甲烷轉化率為94%,出口氣體已經沒有CO和CO2,此時產物中H2濃度能夠達到98%。ReSER-Biogas的熱力學模擬計算充分說明了該技術制取高純氫的可行性的同時,也為工藝條件的實驗研究提供了依據。其次,采用實驗室固定床反應器用CH4和CO2模擬沼氣組成,采用工業(yè)甲烷水蒸氣重整鎳系催化劑與本課題組研究開發(fā)的納米CaO基CO2吸附劑混合裝填,在反應溫度540-600℃,沼氣二氧化碳含量20-40%,水碳摩爾比2-4的條件下,進行了ReSER-Biogas制氫的實驗研究。實驗表明：用納米CaO基吸附劑,鈣碳比為1.31時,在反應溫度為540-600℃,吸附強化段的C02移除率皆為0.99。在常壓,沼氣二氧化碳含量為30%,水碳摩爾比為3,反應溫度為580℃的條件下,出口H2濃度提高為91.8%,出口CO濃度降低為0.35%,CH4轉化率提高為76%。與普通沼氣水蒸氣重整制氫相比,反應溫度降低200℃左右,出口H2濃度提高20%以上,出口CO濃度降低10倍以上,CH4轉化率提高10%以上。這充分說明了ReSER-Biogas制氫能夠降低反應溫度以及出口氣體中CO濃度,提高沼氣中CH4轉化率同時,制取高濃度H2。然后,利用化工模擬軟件Aspen Plus,結合熱力學計算和實驗研究結果,建立ReSER-Biogas制氫工藝流程,確定ReSER-Biogas制氫的最優(yōu)操作參數(shù)。由模擬結果可知：常壓下,反應溫度為580℃,水碳比為3,鈣碳比為2.75為最優(yōu)操作參數(shù)。此時,產氫率提高為2.35m3 H2/m3 Biogas,沼氣能量轉化效率提高為94.7%,單位能耗產氫量為0.00063 kJ/m3 H2。與目前已有沼氣制氫工藝中產氫率最高的沼氣水蒸氣重整制氫工藝進行對比,ReSER-Biogas制氫不僅產氫率提高了42%,而且能量轉化效率也提高了24%。此外,與反應吸附強化焦爐煤氣水蒸氣重整制氫(ReSER-COG)工藝進行對比,ReSER-Biogas產氫率提高了30%,能量轉化效率提高了24%。這些都充分體現(xiàn)了ReSER-Biogas制氫工藝的技術優(yōu)勢和先進性。本文對ReSER-Biogas制氫工藝的研究結果為實現(xiàn)沼氣更節(jié)能、更高效制氫的目的提供了理論基礎。
【關鍵詞】：制氫 沼氣 反應吸附強化 熱力學 技術性能評價
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TQ116.2
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 前言10-14
• 1.1 沼氣的物性11-12
• 1.2 沼氣的主要利用方式12-14
• 第二章 文獻綜述14-37
• 2.1 沼氣制氫工藝研究現(xiàn)狀14-21
• 2.1.1 水蒸氣重整法制氫14-15
• 2.1.2 二氧化碳重整法制氫15-18
• 2.1.3 部分氧化重整法制氫18-19
• 2.1.4 自熱重整法制氫19-21
• 2.2 沼氣水蒸氣重整制氫研究21-26
• 2.2.1 沼氣水蒸氣重整反應熱力學研究21-23
• 2.2.2 沼氣水蒸氣重整反應催化劑研究23-26
• 2.3 沼氣水蒸氣重整制氫強化技術26-31
• 2.3.1 膜反應器技術27-29
• 2.3.2 微反應器技術29-31
• 2.4 反應吸附強化蒸氣重整制氫技術簡介31-35
• 2.4.1 反應吸附強化甲烷水蒸氣重整制氫技術原理31-33
• 2.4.2 反應吸附強化甲烷水蒸氣重整制氫技術特點33-34
• 2.4.3 反應吸附強化技術用于沼氣蒸汽重整制氫的可行性分析34-35
• 2.5 文獻總結35-36
• 2.6 本文研究內容36-37
• 第三章 ReSER-Biogas制氫反應的熱力學計算37-48
• 3.1 熱力學模型的建立37-39
• 3.2 模擬結果與討論39-46
• 3.2.1 二氧化碳移除率對反應的影響40-41
• 3.2.2 反應溫度對反應的影響41-43
• 3.2.3 水碳摩爾比對反應的影響43-44
• 3.2.4 沼氣中二氧化碳與甲烷比對反應的影響44-46
• 3.3 本章小結46-48
• 第四章 實驗部分48-51
• 4.1 實驗試劑與儀器48
• 4.2 固定床ReSER-Biogas制氫評價裝置和方法48-51
• 4.2.1 固定床實驗評價裝置48-49
• 4.2.2 ReSER-Biogas制氫實驗方法49-50
• 4.2.3 定義和計算公式50-51
• 第五章 ReSER-Biogas制氫工藝條件研究51-59
• 5.1 沼氣二氧化碳含量對ReSER-Biogas制氫過程的影響51-53
• 5.2 溫度對ReSER-Biogas制氫過程的影響53-54
• 5.3 水碳摩爾比對ReSER-Biogas制氫過程的影響54-57
• 5.4 本章小結57-59
• 第六章 ReSER-Biogas制氫工藝的技術性能評價59-80
• 6.1 原料選擇59-60
• 6.2 原料參數(shù)60
• 6.3 ReSER-Biogas工藝流程和操作參數(shù)60-63
• 6.3.1 ReSER-BIOGAS工藝流程61-62
• 6.3.2 操作參數(shù)的設定62-63
• 6.4 技術性能評價方法的建立63-69
• 6.4.1 技術性能評價指標63-64
• 6.4.2 工藝數(shù)據的計算方法64-65
• 6.4.3 反應參數(shù)與工藝操作參數(shù)的關系65-68
• 6.4.4 技術性能評價流程68-69
• 6.5 評價結果和討論69-76
• 6.5.1 對反應溫度敏感度分析69-71
• 6.5.2 對Ca/C敏感度分析71-73
• 6.5.3 對S/C敏感度分析73-75
• 6.5.4 最優(yōu)操作參數(shù)檢驗75-76
• 6.6 不同制氫工藝的技術性能指標比較76-78
• 6.7 本章小結78-80
• 第七章 結論和展望80-83
• 7.1 結論80-81
• 7.2 展望81-83
• 參考文獻83-88
• 作者簡介及碩士期問研究成果88

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據庫 前4條

1 Xiang Wu;Sufang Wu;;Production of high-purity hydrogen by sorption-enhanced steam reforming process of methanol[J];Journal of Energy Chemistry;2015年03期

2 Fan ZHANG;Qi TANG;Su-fang WU;;Preparation of a mesoporous sorption complex catalyst and its evaluation in reactive sorption enhanced reforming[J];Journal of Zhejiang University-Science A(Applied Physics & Engineering);2013年12期

3 Sadao Araki;Naoe Hino;Takuma Mori;Susumu Hikazudani;;Autothermal reforming of biogas over a monolithic catalyst[J];Journal of Natural Gas Chemistry;2010年05期

4 吳素芳,T.H.Beum,J.I.Yang,J.N.Kim;The Characteristics of a Sorption-enhanced Steam-Methane Reaction for the Production of Hydrogen Using CO_2 Sorbent[J];Chinese Journal of Chemical Engineering;2005年01期

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本文編號：603744