發(fā)布時(shí)間：2019-08-08 07:26

【摘要】：根據(jù)生物質(zhì)資源及其特點(diǎn)、國(guó)內(nèi)外生物質(zhì)熱化學(xué)制取合成天然氣(Bio-SNG)的研究現(xiàn)狀,本文提出了基于串行流化床生物質(zhì)氣化和增壓流化床甲烷化的生物質(zhì)熱化學(xué)催化制取甲烷的技術(shù)路線,分別從試驗(yàn)、數(shù)值模擬以及環(huán)境效益的角度對(duì)該技術(shù)路線開展研究,具體工作如下。以麥秸為原料,在25kWth串行流化床生物質(zhì)氣化裝置上開展生物質(zhì)催化氣化制取合成氣的試驗(yàn),分別研究了氣化溫度、水蒸氣與生物質(zhì)配比(S/B)、催化劑床料等對(duì)生物質(zhì)合成氣產(chǎn)率、氫碳比(氫氣與一氧化碳的體積分?jǐn)?shù)之比)的影響。結(jié)果表明,生物質(zhì)經(jīng)由串行流化床生物質(zhì)氣化系統(tǒng)可高效地制取生物質(zhì)合成氣,且獲得了很高的合成氣濃度、氫碳比和產(chǎn)率。適當(dāng)?shù)奶岣邭饣瘻囟群蚐/B有利于合成氣濃度的提高。S/B的增大對(duì)氫碳比有正向影響,而氣化溫度的增大則不利于氫碳比的提高。氣化溫度和S/B的增大均有利于合成氣產(chǎn)率的提高。鈣基催化劑可促進(jìn)生物質(zhì)氣化過程的進(jìn)行,在添加了鈣基催化劑之后,合成氣的濃度、氫碳比以及產(chǎn)率都明顯高于惰性床料的生物質(zhì)氣化。在自行設(shè)計(jì)的增壓流化床甲烷化反應(yīng)器上開展生物質(zhì)合成氣催化制取甲烷的試驗(yàn)研究。分別在兩種鎳基甲烷化催化劑上,通過改變操作參數(shù),確定較為適當(dāng)?shù)牟僮鳁l件。同時(shí),以現(xiàn)代化的表征方法為主要手段,分析甲烷化催化劑的催化機(jī)理和催化劑的積碳現(xiàn)象。結(jié)果表明,生物質(zhì)合成氣在增壓流化床反應(yīng)器中在甲烷化催化劑作用下可高效地生成甲烷,且甲烷生成速率和CO轉(zhuǎn)化率都很高(最高反應(yīng)速率超過3.2mol/(L-h),最高CO轉(zhuǎn)化率超過80%)。通過試驗(yàn)對(duì)比,盡管兩種甲烷化催化劑的表面成分和形貌有所不同,但它們對(duì)合成氣甲烷化過程的影響結(jié)果相似。甲烷化反應(yīng)器操作參數(shù)(反應(yīng)溫度、反應(yīng)壓力、空速等)對(duì)生物質(zhì)合成氣甲烷化過程有重要影響。隨著反應(yīng)溫度的上升,甲烷生成速率和CO轉(zhuǎn)化率均增大,且在350℃附近達(dá)到最大值,而甲烷生成速率和CO轉(zhuǎn)化率則均隨著反應(yīng)壓力的上升而增大,甲烷生成速率隨著空速的上升而增大,而CO轉(zhuǎn)化率則隨著空速的增大而下降。生物質(zhì)合成氣中合適的氫碳比對(duì)甲烷化過程至關(guān)重要,隨著氫碳比的上升甲烷生成速率和CO轉(zhuǎn)化率均增大,且氫碳比在3時(shí)達(dá)到最大值,再進(jìn)一步增大氫碳比,則變化不大。甲烷的加入對(duì)甲烷化過程不利,導(dǎo)致甲烷生成速率和CO轉(zhuǎn)化率均有明顯下降,因此應(yīng)及時(shí)排出生成的甲烷。鎳基催化劑在試驗(yàn)中出現(xiàn)了積碳現(xiàn)象,即在試驗(yàn)過程中在催化劑表面生成了游離態(tài)的碳。隨著反應(yīng)溫度的上升,積碳現(xiàn)象越發(fā)嚴(yán)重,而且積碳對(duì)催化劑的表面形貌也產(chǎn)生了一定的影響�；诖辛骰采镔|(zhì)氣化系統(tǒng)和增壓流化床甲烷化反應(yīng)系統(tǒng),建立了生物質(zhì)熱化學(xué)催化制取甲烷的工藝流程模型。通過與參考數(shù)據(jù)的對(duì)比,驗(yàn)證了模型的正確性以及數(shù)值模擬研究的可行性。分析了氣化溫度、氣化壓力、S/B、甲烷化反應(yīng)溫度和壓力以及生物質(zhì)種類對(duì)整個(gè)系統(tǒng)性能指標(biāo)的影響。結(jié)果表明,操作條件對(duì)粗甲烷氣成分、甲烷產(chǎn)率和系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換效率均有較大的影響。提高氣化溫度,則粗甲烷氣中的甲烷含量有所增大,氣化溫度過大反而導(dǎo)致甲烷產(chǎn)率和系統(tǒng)能量效率下降。提高氣化壓力,則粗甲烷氣中的甲烷含量有所增大,而甲烷產(chǎn)率和系統(tǒng)能源效率則存在一最大值。隨著S/B的增大,粗甲烷氣中的甲烷含量相應(yīng)減小,而對(duì)甲烷產(chǎn)率和系統(tǒng)能量效率而言,也存在一最佳的S/B值。隨著甲烷化反應(yīng)溫度的增大,粗甲烷氣中甲烷含量下降,而甲烷產(chǎn)率和系統(tǒng)能量效率增大。甲烷化反應(yīng)壓力越高,粗甲烷氣中的甲烷含量增大,而甲烷產(chǎn)率和系統(tǒng)能量效率則有所下降。生物質(zhì)種類對(duì)粗甲烷氣中的甲烷濃度影響不大,對(duì)甲烷產(chǎn)率和系統(tǒng)能量效率影響較大。常見生物質(zhì)中,松木屑的甲烷產(chǎn)率最高,系統(tǒng)能量效率最大,而稻秸則相對(duì)較小。從中國(guó)本地化的角度建立了Bio-SNG產(chǎn)品的生命周期評(píng)價(jià)模型,分析了生物質(zhì)種收、秸稈運(yùn)輸、工廠建設(shè)與拆除、Bio-SNG生產(chǎn)以及電力消耗等5個(gè)環(huán)節(jié)的特點(diǎn),匯總了各環(huán)節(jié)的清單數(shù)據(jù),并進(jìn)行特征化和歸一化,考慮了4類環(huán)境影響類型,即中國(guó)非生物資源消耗(CADP)、全球暖化(GWP)、酸化(AP)和可吸入無機(jī)物(RJ)等指標(biāo)。結(jié)果表明,從特征化的結(jié)果來看,耗電和生產(chǎn)兩個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)4類環(huán)境影響指標(biāo)均有較大的影響,而從歸一化的角度來看,Bio-SNG產(chǎn)品生命周期環(huán)境影響類型按其相應(yīng)貢獻(xiàn)量由大到小依次為：APCADPRIGWP,其中GWP為負(fù)值。通過比較不同天然氣源的環(huán)境影響,結(jié)果表明與開采的天然氣和煤基天然氣相比,Bio-SNG能有效減少溫室氣體排放,節(jié)省非生物資源,還能減少酸化和可吸入無機(jī)物的發(fā)生。就秸稈與谷粒分配比例對(duì)Bio-SNG產(chǎn)品環(huán)境影響進(jìn)行敏感性分析,研究了經(jīng)濟(jì)價(jià)值分配、質(zhì)量分配、高位熱值分配和(?)分配等4種分配原則對(duì)環(huán)境影響類型的影響,結(jié)果表明AP和RJ指標(biāo)對(duì)不同的分配原則更加敏感,而CADP和GWP則相對(duì)受影響較小。Bio-SNG產(chǎn)品的最大環(huán)境優(yōu)勢(shì)在于減輕溫室效應(yīng),而在對(duì)Bio-SNG產(chǎn)品進(jìn)行清潔生產(chǎn)優(yōu)化時(shí),應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注減少酸性氣體和降低非生物資源消耗。從生命周期環(huán)境影響的角度來看,Bio-SNG生產(chǎn)對(duì)中國(guó)來說更具發(fā)展前景。
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TE665.3

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 李錦春;合成氣化學(xué)技術(shù)新進(jìn)展[J];天然氣化工;2000年02期

2 趙華;;用天然氣制合成氣[J];適用技術(shù)市場(chǎng);2000年06期

3 邢春發(fā),馮俊,徐顯明,郭繼寧;天然氣轉(zhuǎn)化制備合成氣工藝進(jìn)展[J];江西化工;2002年01期

4 曾新習(xí);合成氣生產(chǎn)技術(shù)的改進(jìn)[J];當(dāng)代石油石化;2002年08期

5 魏樹權(quán),周漢,李麗波,徐國(guó)林;天然氣二氧化碳空氣和水蒸汽制合成氣的熱力學(xué)研究[J];化學(xué)工程師;2003年02期

6 魏樹權(quán),張光林,商永臣,徐國(guó)林;天然氣、二氧化碳、空氣和水蒸汽轉(zhuǎn)化制備合成氣的研究——原料氣配比對(duì)催化劑性能的影響[J];化學(xué)工程師;2003年04期

7 歐陽(yáng)朝斌,宋學(xué)平,郭占成,段東平,于憲溥;天然氣-煤共氣化制備合成氣新工藝[J];化工進(jìn)展;2004年07期

8 宋學(xué)平,郭占成;移動(dòng)床煤與天然氣共氣化制備合成氣的工藝技術(shù)[J];化工學(xué)報(bào);2005年02期

9 段明哲;張軍民;;低成本合成氣與合成氣轉(zhuǎn)化新技術(shù)[J];燃料與化工;2011年01期

10 徐恒泳;葛慶杰;李文釗;;合成氣中樞[J];石油化工;2011年07期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 徐恒泳;葛慶杰;李文釗;;能源轉(zhuǎn)化中的催化作用——合成氣中樞及有關(guān)催化技術(shù)[A];第六屆全國(guó)工業(yè)催化技術(shù)及應(yīng)用年會(huì)論文集[C];2009年

2 肖文德;袁渭康;;合成氣化學(xué)的產(chǎn)品及反應(yīng)路線優(yōu)化[A];中國(guó)化工學(xué)會(huì)2005年石油化工學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2005年

3 周曉奇;;合成氣凈化催化劑的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[A];第四屆全國(guó)工業(yè)催化技術(shù)及應(yīng)用年會(huì)論文集[C];2007年

4 孫道安;季生福;郎寶;;模擬生物沼氣制合成氣催化反應(yīng)工藝的研究[A];第七屆全國(guó)催化劑制備科學(xué)與技術(shù)研討會(huì)論文集[C];2009年

5 李振花;夏滿銀;王保偉;許根慧;;低溫等離子體用于甲烷和二氧化碳制備合成氣反應(yīng)的研究[A];第九屆全國(guó)化學(xué)工藝學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2005年

6 王鐵軍;常杰;崔小勤;張琦;付嚴(yán);;生物質(zhì)催化氣化制取合成氣的研究[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第二十五屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文摘要集（上冊(cè)）[C];2006年

7 譚靜;王乃繼;肖翠微;周建明;李婷;;合成氣甲烷化鎳基催化劑的研究進(jìn)展[A];第七次煤炭科學(xué)技術(shù)大會(huì)文集（下冊(cè)）[C];2011年

8 朱德春;劉衛(wèi);陳初升;;甲烷制合成氣透氧膜反應(yīng)器研究[A];第十二屆中國(guó)固態(tài)離子學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2004年

9 朱德春;劉衛(wèi);陳初升;;甲烷制合成氣透氧膜反應(yīng)器研究[A];第十二屆中國(guó)固態(tài)離子學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集稀土專輯[C];2004年

10 何方;黃振;李海濱;;生物質(zhì)化學(xué)鏈氣化制合成氣[A];第六屆全國(guó)環(huán)境化學(xué)大會(huì)暨環(huán)境科學(xué)儀器與分析儀器展覽會(huì)摘要集[C];2011年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前10條

1 李軍;碳?xì)浠铣蓺庵迫加蛯?shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化[N];中國(guó)化工報(bào);2008年

2 記者 栗清振;共同研發(fā)煤制合成氣轉(zhuǎn)化新方法[N];中國(guó)石油報(bào);2008年

3 班健;殼牌參與研發(fā)合成氣轉(zhuǎn)化新方法[N];中國(guó)環(huán)境報(bào);2009年

4 記者 李東周;合成氣深度凈化讓硫“微乎其微”[N];中國(guó)化工報(bào);2014年

5 陳敬農(nóng) 通訊員 楊曉萍;天然氣制備合成氣有了新工藝[N];科技日?qǐng)?bào);2003年

6 記者 秦京午;殼牌與中科院山西煤化所簽合作協(xié)議[N];人民日?qǐng)?bào)海外版;2008年

7 特約記者 楊春雨;讓二氧化碳回收有利可圖[N];中國(guó)化工報(bào);2010年

8 通訊員 謝文艷 劉秋雁;國(guó)內(nèi)首套裂解焦油氣化生產(chǎn)合成氣裝置試車成功[N];大慶日?qǐng)?bào);2012年

9 廖建國(guó);制合成氣裝置用抗金屬粉末化合金的開發(fā)[N];世界金屬導(dǎo)報(bào);2014年

10 記者 許可新;IGCC：馴化最臟的能源[N];第一財(cái)經(jīng)日?qǐng)?bào);2010年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 張揚(yáng);合成氣/空氣貧燃層流預(yù)混火焰的傳播和熄滅特性研究[D];清華大學(xué);2014年

2 王翰林;壓力對(duì)合成氣燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室燃燒及排放特性的影響研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院(工程熱物理研究所);2016年

3 郭文文;合成氣高效合成制取燃料乙醇研究[D];浙江大學(xué);2015年

4 黃健;城市垃圾填埋氣催化重整制合成氣的研究[D];太原理工大學(xué);2012年

5 姬濤;甲烷、二氧化碳和氧氣催化氧化重整制合成氣鎳基催化劑的研究[D];華南理工大學(xué);2001年

6 成功;生物質(zhì)催化氣化定向制備合成氣過程與機(jī)理研究[D];華中科技大學(xué);2012年

7 瑙莫汗;合成氣制低碳醇碳化鉬催化劑的研究及其對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響[D];內(nèi)蒙古大學(xué);2012年

8 郭建忠;鎳基催化劑上甲烷臨氧二氧化碳重整制合成氣及其反應(yīng)機(jī)理的研究[D];浙江大學(xué);2008年

9 祝星;化學(xué)鏈蒸汽重整制氫與合成氣的基礎(chǔ)研究[D];昆明理工大學(xué);2012年

10 郭培卿;雙旋流合成氣非預(yù)混燃燒特性的實(shí)驗(yàn)研究與數(shù)值模擬[D];上海交通大學(xué);2011年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 彭芬;CH_4-合成氣在連續(xù)式步階反應(yīng)器上直接合成C_(2+)含氧化物的研究[D];太原理工大學(xué);2013年

2 張奎爽;基于鎢基載氧體制取合成氣的實(shí)驗(yàn)研究[D];東北大學(xué);2014年

3 張海龍;合成氣微混合燃燒流動(dòng)特性分析[D];華北電力大學(xué)(北京);2016年

4 馮飛;基于串行流化床生物質(zhì)催化氣化及合成氣甲烷化方法研究[D];東南大學(xué);2015年

5 陳清軍;煤高效制合成氣裝置的模擬研究[D];太原理工大學(xué);2010年

6 孫迎;甲烷聯(lián)合重整三重整制合成氣的熱力學(xué)分析[D];太原理工大學(xué);2007年

7 王巧榮;多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)中利用不同原料制備合成氣的研究[D];太原理工大學(xué);2008年

8 謝岳生;雙旋流合成氣加濕擴(kuò)散燃燒的實(shí)驗(yàn)與數(shù)值研究[D];上海交通大學(xué);2012年

9 張偉鵬;煤與生物質(zhì)氣化合成氣制費(fèi)托油燃料的工藝研究和過程設(shè)計(jì)[D];鄭州大學(xué);2012年

10 曲廣杰;吉化化肥廠合成氣裝置的優(yōu)化改造[D];上海師范大學(xué);2013年

，

本文編號(hào)：2524228