气化方法是利用超临界水的特 性气化生物质, 从而制得氢气. 3.3. 生物质超临界水气化制氢 流体的临界点在相图上是气-液共存曲线的终点, 在该点气相和液相之间的差别刚 好消失, 成为一均相体系. 水的临界温度是647K, 临界压力为22.1Mpa, 当水的温度和 压力超过临界点是就被称为超临界水.在超临界条件下, 水的性质与常温常压下水的性 质相比有很大的变化. 在超临界状态下进行的化学反应, 通过控制压力, 温度以控制反应环境, 具有增强 反应物和反应产物的溶解度, 提高反应转化率, 加快反应速率等显著优点, 近年来逐渐 得到各国研究者的重视 [45,46]. 在超临界水中进行生物质的催化气化, 生物质的气化 率可达100%, 气体产物中氢的体积百分比含量甚至可以超过50%, 并且反应不生成焦 油, 木碳等副产品, 不会造成二次污染, 具有良好的发展前景. 但由于在超临界水气中 所需温度和压力对设备要求比较高, 这方面的研究还停留在小规模的实验研究阶段. 我 国也只进行了少量的研究, 比如西安交大多相流实验室就研究了以葡萄糖为模型组分在 超临界水中气化产氢, 得到了95%的气化效率 [47]. 中科院山西煤炭化学研究所在间隙 式反应器中以氧化钙为催化剂的超临界水中气化松木锯屑,得到了较好的气化效果. 到目前为止, 超临界水气化的研究重点还是对不同生物质在不同反应条件下进行实 验研究, 得到各种因素对气化过程的影响. 表3 总结了近几年对生物质超临界水气化制 氢的研究情况. 研究表明, 生物质超临界水气化受生物质原料种类, 温度, 压力, 催化剂, 停留时间, 以及反应器形式的影响. 表3. 近年来关于生物质超临界水气化制氢的研究 Table 3 Recent studies on hydrogen production by biomass gasification in supercritical water conditions Feedstock Gasifier type Catalyst used Temperature and pressure Hydrogen yield References Glucose Not known Not used 600oC, 34.5Mpa 0.56 mol H2/mol of feed Glucose Not known Activated carbon 600 oC, 34.5Mpa 2.15 mol H2/mol of feed Glucose Not known Activated carbon 600 oC, 25.5Mpa 1.74 mol H2/mol of feed Glucose Not known Activated carbon 550 oC, 25.5Mpa 0.62 mol H2/mol of feed Glucose Not known Activated carbon 500 oC, 25.5Mpa 0.46 mol H2/mol of feed [48] Glycerol Not known Activated carbon 665 oC, 28Mpa 48 vol% Glycerol/methanol Not known Activated carbon 720 oC, 28Mpa 64 vol% Corn starch Not known Activated carbon 650 oC, 28Mpa 48 vol% Sawdust/corn starch mixture Not known Activated carbon 690 oC, 28Mpa 57 vol% [49] Glucose Tubular reactor KOH 600 oC, 25Mpa 59.7 vol% (9.1mol H2/mol glucose) Catechol Tubular reactor KOH 600 oC, 25Mpa 61.5 vol% (10.6mol H2/mol Catechol) Sewage Autoclave K2CO3 450oC, 31.5-35Mpa 47 vol% [50] Glucose Tubular reactor Not used 600 oC, 25Mpa 41.8 vol% Glucose Tubular reactor Not used 500 oC, 30Mpa 32.9 vol% Glucose Tubular reactor Not used 550 oC, 30Mpa 33.1 vol% Glucose Tubular reactor Not used 650 oC, 32.5Mpa 40.8 vol% Glucose Tubular reactor Not used 650 oC, 30Mpa 41.2 vol% Sawdust Tubular reactor Sodium carboxymethylcellulose (CMC) 650 oC, 22.5Mpa 30.5 vol% [47] 生物质的主要成分是纤维素, 木质素和半纤维素. 纤维素在水的临界点附近可以快 速分解成一葡萄糖为主的液态产品, 而木质素和半纤维素在34.5 Mpa, 200-230oC 下可以 100%完全溶解, 其中90%会生成单糖. 将城市固体废弃物去除无机物后可以形成基本稳 定, 均一的原料, 与木质生物质很相似. 由表可见, 不同的生物质原料, 其气化效率和速 率也有所不同. 温度对生物质超临界水中气化的影响也是很显著的. 随着温度的升高, 气化效率增大. 压力对于气化的影响在临界点附近比较明显, 压力远大于临界点时, 其 影响较小. 停留时间对气化效率也有一定影响, 研究表明, 生物质在超临界水中气化停 留时间与温度相关, 不同的温度下有不同的一个最佳值. 使用催化剂能加快气化反应的 速率. 目前使用的催化剂主要有金属类催化剂, 比如Ru, Rh, Ni, 碱类催化剂, 比如KOH, K2CO3, 以及碳类催化剂 [51,52]. 反应器的选择也会影响生物质气化过程, 目前的反应 器可以分为间歇式和连续式反应器. 其中间歇式反应器结构简单, 对于淤泥等含固体的 体系有较强适应性, 缺点是生物质物料不易混合均匀, 不易均匀地达到超临界水下所需 的压力和温度, 也不能实现连续生产,. 连续式反应器则可以实现连续生产, 但反应时间 短, 不易得到中间产物, 难以分析反应进行的情况, 因此今后需要进行大量的研究, 研 制出更加有效的反应器以及寻求不同生物质在不同参数下的最佳气化效果, 实现高效, 经济的气化过程. 4. 其他制氢技术 除热化学方法外, 生物质还可以通过发酵的方式转化为氢气和其他产物. 此外, 微藻等水生生物质能够利用氢酶(Hydrogenase)和氮酶(Nitrogenase)将太阳能转化为 化学能 上一页 [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] 下一页
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