生物质气化制氢

生物质气化制氢Hydrogen Production from Biomass Gasification

院系: 环境科学与工程学院

专业: 环境工程

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学号: M*********

导师: 胡智泉副教授

2013 年12 月

摘要

在人类面临严重的能源危机与环境污染的背景下，世界各国都在致力于对洁净能源氢的开发和研究，并取得了一定的研究成果。生物质气化制氢是一项富有前景的制氢技术，已引起了世界各国研究者的普遍关注。

本文重点讨论生物质催化气化制氢的基本原理和基本过程，阐述了氢气的净化分离方法，指出目前我国生物质气化制氢存在的问题和将来的研究方向。

关键词：生物质；气化；制氢。

Abstract

In the context of humans face with a series of serious energy crisis and environmental pollution，the world are committed to developing and researching clean energy, and it has made some achievements. The prospective future of hydrogen from biomass gasification makes it a major concern all over the world.

This article focuses on the basic principles and fundamental processes of hydrogen from biomass gasification, describes the purification and separation method of hydrogen, pointed out that at present China's biomass gasification problems and future research directions.

Key words: Biomass; gasification; Hydrogen production.

1 概述

随着化石能源的日趋枯竭及其使用所带来的环境问题的日益严重，人类将面临严重的能源危机与环境污染。氢能是一种理想的新能源，具有资源丰富，燃烧热值高，适用范围广的特点。氢燃烧的产物是水，不排放温室气体。因此，它也是一种清洁的新能源。目前，氢作为能源主要用于燃料电池。

制氢的方法有很多。目前，技术比较成熟且应用于工业大规模制氢的方法主要有化石能源制氢和电解水制氢。利用各种化石能源制氢(如煤的焦化和气化等)，由于化石能源作为非可再生能源，储量有限，且制氢过程会对环境造成污染，因此，其将加剧能源危机和环境污染。通过电解水制氢，因电解时要耗用大量电力，比燃烧氢气本身所产生的热量还要多，若直接利用火电厂供应的电力来电解水，在经济上是不可取的，且不符合能源的合理利用。因此，利用可再生能源(如生物质能)来制取氢气是极具吸引力和发展前途的。

生物质能是一种可再生能源，它作为化石能源的补充能源，正在引起人们的广泛关注。生物质能要真正成为化石燃料的替代能源，其关键是要将能量密度低的生物质能转变成高品位能源。生物质能转化技术主要包括生物质气化、液化、固化以及直接燃烧技术。生物质能气化技术是其中重要的手段之一。利用生物质气化制氢可以实现CO2归零的排放，解决化石燃料能源消耗带来的温室效应问题，同时可以缓解能源危机问题。

2 生物质气化制氢

生物质气化制氢一般是指通过热化学方式将生物质气化转化为高品质的混合燃气或合成气，然后通过分离气体得到纯氢。生物质气化制氢主要可分为：生物质催化气化制氢、超临界水中生物质催化气化制氢、等离子体热解气化制氢。本文主要介绍了生物质催化气化制氢。

生物质催化气化制氢是指将预处理过的生物质在气化介质(如：空气、纯氧、水蒸气或这三者的混合物)中加热至700℃以上，将生物质分解转化为富含氢气的合成气，然后将合成气进行催化变换得到含有更多氢气的新的合成气，最后从新的合成气中分离出氢气。其主要流程如图2-1所示。

图2-1 生物质催化气化制氢流程

因此，生物质催化气化制氢主要分三个过程：生物质气化过程、合成气催化变换过程、氢气分离和净化过程。

生物质气化过程的主要产物为H2、CO2、CO、CH4，其组成因气化温度、压力以及气化停留时间等的不同而不同；气化反应器的选择也是决定合成气组成的一个主要因素。

常用于生物质气化的反应器主要有上吸式气化炉、下吸式气化炉及循环流化床等，它们在生物质气化方面各有其优缺点。

下面分别介绍三种反应器：

1、上吸式气化炉：气固呈逆向流动，在运行过程中湿物料从顶部加入后被

上升的热气流干燥而将水蒸气带走，干燥后的原料继续下降并经热气流加热而迅速发生热分解反应。物料中的挥发分被释放，剩余的炭继续下降时与上升的CO 2及水蒸气发生反应产生CO 和H 2。在底部，余下的炭在空气中燃烧，放出热量，为整个气化过程供热。其原理示意图如2-2所示。

图2-2 上吸式气化炉原理示意图

上吸式气化炉具有结构简单，操作可行性强的优点，但湿物料从顶部下降时，物料中的部分水分被上升的热气流带走，使产品气中H2含量减少。

2、下吸式气化炉：气固呈顺向流动，运行时物料由上部储料仓向下移动，边移动边进行干燥与热分解的过程。在经过缩嘴时，与喷进的空气发生燃烧反应，剩余的炭落入缩嘴下方，与气流中的CO 2， 和水蒸气发生反应产生CO 和H 2。其原理示意图如2-3所示。

由图可见，下吸式气化炉中的缩嘴延长了气相停留时间，使焦油在高温区裂解，因而气体中的焦油含量比较少，同时，物料中的水分参加反应，使产品气中的H 2含量增加。但是下吸式气化炉结构比较复杂，当缩嘴直径较小时，物料流动性差，很容易发生物料架接，使气化过程不稳定。对气化原料尺寸要求比较严格。

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