超临界生物质气化制氢反应过程研究

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本文以制氢气为目的,建立了一套超临界生物质气化制氢实验装置,并对设备进行了改造,使之适合于更高的温度及压力,扩大了试验范围。以葡萄糖为生物质的模型化合物,研究了高温及催化剂等因素对超临界生物质气化制氢的影响。使用GC900A气相色谱分析了气相产物的组成,并确定了液相产物的分析方法,对液相产物进行了定性,由此提出反应路径和反应机理,为以后的深入研究提供依据。论文首先结合相关文献资料,初步验证了超临界生物质气化制氢工艺参数对实验的影响。在实验中发现,温度对实验的影响为主要因素。随温度的升高,不仅氢气的含量有所增加,气体转化率也随之增加。此外,本文还研究了添加催化剂(主要为碱式催化剂)对实验的影响。催化剂可以有效地改善气相产物的组成,提高气相产物中氢气的百分含量。研究中发现,碱式催化剂可以促进环状化合物的开环及异构化反应的进行。液相产物的分析是研究反应路径及机理的关键。本文通过查阅相关文献及大量的实验,确定了超临界生物质气化制氢实验中液相产物的处理及分析方法:借助气相色谱与质谱联用仪(GC/MS),采取程序升温的方法定性,得到了各条件下液相产物的大部分组分。使用葡萄糖作为反应原料,当温度在300℃以下时,原料已经开始分解,随着温度的升高,葡萄糖被完全分解,生成氢气、一氧化碳、甲烷、二氧化碳以及大量的液相产物。其中气相产物中以氢气为主要成分,其次为一氧化碳和二氧化碳。通过对实验气、液相产物的综合分析,本文提出了超临界生物质气化制氢的反应路径及反应机理,为超临界生物质气化制氢工艺的改进提供了依据。此外,本文也对实际生物质(如锯木屑)及其他有机原料在超临界水中的气化制氢实验进行了考察,同样成功的制取了氢气,并与葡萄糖作为进料时的结果作了对比,结果表明,实际生物质可以得到比较好的气化,本实验设备可以用于固体粉末状进料的超临界气化制氢研究。
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