基于化学链燃烧原理的制氢系统设计与实验

论文摘要

能源短缺和气候变暖是全球性的问题,化学链燃烧技术以其固有CO2分离特性日益受到研究关注,而将化学链燃烧技术与制氢技术相结合是一种能源清洁、高效利用的有效途径。本文提出一种基于化学链燃烧技术零排放制氢的新工艺,该工艺既可实现CO2的零排放制氢,同时气化过程所需能量由系统本身提供,无需外界供给能量。首先,本文采用浸渍法制备了载氧体Fe2O3/Al2O3,选用一氧化碳作为燃料气,在流化床中对其反应性能进行了研究。发现温度对载氧体的反应性能的影响较大。当温度低于750℃,会有固态C生成,而当温度较高时会导致载氧体的烧结,850℃左右是比较适合该载氧体反应的温度。然后,从热力学角度和试验研究对基于化学链燃烧技术零排放制氢的新工艺的可行性进行了研究,通过热量平衡计算发现系统完全可以实现热量的自我供给,而串行流化床技术可以满足物料在各反应器间的循环要求。随后,在此研究的基础上,设计和搭建了化学链燃烧零排放制氢试验装置,并进行了相关试验研究,得到了布风板阻力特性曲线、临界流化风速、加入床料时系统的压力分布情况等基础参数,为试验研究提供了基础参数。而进行的热态试验表明空气作气化介质,温度为700℃时,H2浓度保持在4-5%之间,产气热值大约在4000-5000kJ/m3,而气化反应器温度为800℃时,氢气含量和产气热值都有所上升；而以水蒸气作为气化介质时,在700℃产气中氢气含量为13%左右,而800℃产气中氢气含量为18%左右。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 气候变化
• 2减排'>1.2 CO₂减排
• 2减排的主要方法'>1.2.1 CO₂减排的主要方法
• 2捕获技术'>1.2.2 CO₂捕获技术
• 1.3 化学燃烧技术
• 1.3.1 化学燃烧技术简介
• 1.3.2 化学链燃烧技术的研究现状
• 1.4 零排放制氢方法
• 1.4.1 化学链燃烧技术应用于制氢技术
• 1.4.2 氢气分离
• 1.4.3 氢气存储
• 1.5 研究目的、意义及研究内容
• 1.5.1 研究目的、意义
• 1.5.2 研究内容
• 2O₃/Al₂O₃的研究'>第2章 化学链燃烧中载氧体Fe₂O₃/Al₂O₃的研究
• 2O₃/Al₂O₃的试验研究'>2.1 载氧体Fe₂O₃/Al₂O₃的试验研究
• 2.1.1 载氧体制备
• 2.1.2 试验装置和步骤
• 2.2 试验数据分析
• 2.2.1 温度影响
• 2.2.2 载氧体反应速率
• 2.2.3 多次循环
• 2.3 本章小结
• 第3章 化学链近零排放制氢系统及其热量平衡计算
• 3.1 基于化学链燃烧技术的近零排放制氢工艺系统
• 3.2 工艺系统热量平衡计算
• 3.2.1 气化反应器热平衡计算
• 3.2.2 空气反应器热平衡计算
• 3.2.3 燃料反应器热平衡计算
• 3.3 本章小结
• 第4章 系统物料循环试验研究
• 4.1 试验装置与步骤
• 4.2 试验结果
• 4.2.1 布风板阻力特性测试
• 4.2.2 料层阻力测试
• 4.2.3 物料循环试验
• 4.2.4 返料装置
• 4.3 本章小结
• 第5章 基于化学链燃烧的近零排放制氢装置的设计
• 5.1 工艺流程
• 5.2 反应器主体设计
• 5.2.1 反应器选型与设计计算
• 5.2.2 气化反应器
• 5.2.3 空气反应器
• 5.2.4 燃料反应器
• 5.3 布风装置
• 5.4 旋风分离器
• 5.5 加料器的设计
• 5.5.1 加料器的选择
• 5.5.2 螺旋加料器的设计计算
• 5.6 氢气分离部分
• 5.7 装置加工及装配
• 5.8 本章小结
• 第6章 化学链零排放制氢装置试验研究
• 6.1 试验系统
• 6.1.1 试验流程
• 6.1.2 原料准备与分析
• 6.1.3 温度控制
• 6.1.4 数据采集
• 6.1.5 试验步骤
• 6.2 冷态试验
• 6.2.1 布风板阻力曲线
• 6.2.2 空气反应器压力分布
• 6.2.3 料层阻力
• 6.2.4 系统压力分布情况
• 6.3 热态试验
• 6.3.1 空气气化
• 6.3.2 水蒸气气化
• 6.4 本章小结
• 第7章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
• 致谢