生物质气化制氢
生物质综合能源系统中的制氢与利用技术研究
生物质综合能源系统中的制氢与利用技术研究概述：生物质综合能源系统是一种以生物质为原料，通过生物催化和化学转化，将生物质转化为高效、清洁能源的系统。
其中，制氢与利用技术是生物质综合能源系统的重要组成部分，能够实现对生物质资源的高效利用和减少二氧化碳排放。
本文将对生物质制氢与利用技术进行深入研究，探讨其在可持续发展和能源转型中的重要作用。
一、生物质制氢技术的研究与应用1. 生物质制氢技术原理生物质制氢技术是利用生物质作为原料，通过生物催化和化学转化，将其转化为氢气的过程。
常用的生物质制氢技术包括生物质气化、微生物发酵和生物光合制氢。
生物质气化是将生物质在高温条件下转化为气体，进而产生氢气。
微生物发酵主要依靠细菌、真菌等微生物的代谢活动，通过发酵产生氢气。
生物光合制氢则是利用光能对植物进行光合作用，产生氢气。
2. 生物质制氢技术的优势生物质制氢技术相对于传统石油制氢技术具有诸多优势。
首先，生物质作为可再生资源，具有可持续利用的特点，可减少对有限化石能源的依赖。
其次，生物质制氢过程中产生的副产物，如生物质灰渣和废液，可作为肥料和有机肥料，实现资源的综合利用。
最后，生物质制氢过程中的二氧化碳排放较少，有助于减少环境污染，降低温室气体的排放。
3. 生物质制氢技术的挑战与解决方案生物质制氢技术在实际应用中仍然面临一些挑战。
首先，生物质的含水率和灰分对制氢效率有一定影响，需要选择合适的生物质原料进行研究与开发。
其次，制氢过程中产生的废水和废气需要进行有效处理，以避免对环境造成污染。
此外，生物质制氢技术的经济性也是一个需要解决的问题，需要降低生产成本并提高制氢的效率。
针对这些挑战，我们可以通过优化生物质制氢反应条件、提高生物质质量和处理废水废气的技术手段等途径来解决。
二、生物质氢能的利用技术研究与应用1. 生物质氢能的利用方式生物质氢能的利用方式多种多样，包括氢能燃料电池、氢气燃料和氢气作为化工原料等。
其中，氢能燃料电池广泛应用于交通工具、家用电器等领域，是一种高效、清洁的能源利用方式。
生物质合成气制氢数据
生物质合成气制氢数据引言：生物质合成气制氢是一种新兴的能源转换技术，通过将生物质经过热解和气化等过程，得到合成气，再经过适当的催化反应，将合成气中的一氧化碳转化为氢气。
本文将介绍生物质合成气制氢的相关数据，包括生物质种类、氢气产率、能源效率等方面的内容。
一、生物质种类及其适用性生物质包括木材、秸秆、废弃农作物等可再生资源。
根据不同的生物质种类，其适用于生物质合成气制氢的效果也有所差异。
目前研究表明，木材和秸秆是常见的生物质来源，其在生物质合成气制氢中表现出较好的效果。
木材具有较高的碳含量和较低的灰分含量，能够提供较高的氢气产率和较好的能源效率。
秸秆作为农作物的副产品，具有广泛的资源和较低的成本，也成为生物质合成气制氢的理想材料之一。
二、氢气产率氢气产率是衡量生物质合成气制氢效果的重要指标之一。
根据研究数据，生物质合成气制氢的氢气产率通常在70%以上。
其中，木材作为生物质原料时，其氢气产率可达到80%以上。
而秸秆作为生物质原料时，其氢气产率一般在70%左右。
这些数据表明，生物质合成气制氢具有较高的氢气产率，可以有效地提供清洁能源。
三、能源效率能源效率是指生物质合成气制氢过程中能源利用的效果。
根据研究数据，生物质合成气制氢的能源效率通常在60%以上。
其中，木材作为生物质原料时，其能源效率可达到70%以上。
而秸秆作为生物质原料时，其能源效率一般在60%左右。
这些数据表明，生物质合成气制氢具有较高的能源效率，能够有效地利用生物质资源。
四、环境效益生物质合成气制氢具有显著的环境效益。
首先，生物质作为可再生资源，其利用不会产生额外的温室气体排放，有利于减少碳排放和减缓气候变化。
其次，生物质合成气制氢过程中可以利用废弃物和农作物剩余物，减少了废弃物的处理和农作物的浪费。
此外，生物质合成气制氢还可以减少对传统能源的依赖，实现能源结构的多样化和可持续发展。
五、挑战与展望尽管生物质合成气制氢具有许多优点，但仍然面临一些挑战。
生物质超临界水气化制氢
生物质超临界水气化制氢
超临界水气化制氢是目前常用的生物质制氢技术之一。
该技术以超临界水为媒介，在高温高压条件下将生物质材料转化为可燃气体产物，其中包括氢气、甲烷和一些低碳烃。
相对于传统的生物质气化技术，超临界水气化制氢具有以下几个显著的优点：
一、高产率：由于超临界水具有较高的溶解度和扩散能力，因此，它能够有效地降低产物中的碳气体含量，从而提高产氢效率。
例如，在实验室中，采用超临界水气化的生物质材料甘蔗糖的制氢产率可达到49.4％，远高于常规气化技术的产氢率。
二、低能耗：超临界水是一种高能量密度的媒介，其温度和压力范围都在水的临界点以上。
在高压、高温条件下，水的密度和扩散速率都大大提高，因此，超临界水气化所需的反应温度和压力都较低，能够降低反应器的能量消耗和维护成本。
三、低污染：超临界水气化可以更好地降低生物质的污染物排放。
在实验条件下，超临界水气化相较于传统气化技术，氮气和二氧化碳含量分别降低了2.21%和1.18%。
由于其以上优点，超临界水气化制氢成为了生物质能利用中的重要技术之一，但存在着一些问题仍需解决。
首先，超临界水气化的反应条件较为苛刻，需要高温高压下反应，增加了反应器的成本；其次，超临界水气化产物中含有一定的甲烷和低碳烃，需要进一步分离和处理；最后，超临界水气化所选择的生物质材料和催化剂的选择也会影响反应的产率和热值。
总之，超临界水气化制氢是一项有望将生物质能有效转化为清洁能源的技术。
未来，我们需要进一步优化反应条件、生物质材料和催化剂的选择，提高超临界水气化的能量利用率和产氢率，从而实现生物质氢气的大规模生产和利用。
秸秆循环产生氢气的原理
秸秆循环产生氢气的原理
秸秆循环产生氢气的原理是通过生物质气化技术。
生物质气化是将生物质材料（如秸秆、木材等）在高温下与一定量的氧气或蒸汽反应，产生可燃气体的过程。
具体原理如下：
1. 前处理：将秸秆进行干燥、切割、粉碎等处理，使其成为适合气化的颗粒状物料。
2. 气化：将预处理后的秸秆物料投入气化炉内，同时加入一定量的氧气或蒸汽，使物料在高温（700-1000）下发生气化反应。
气化过程中，秸秆中的碳水化合物被分解为一系列气体，其中包括富含氢气的燃气。
3. 气体清洁：通过净化设备，去除气化产物中的杂质，如灰尘、硫化物等。
4. 氢气回收：对气化产物进行分离，获取富氢气体。
一般会通过吸附材料吸附和脱附的方式来回收氢气。
生物质气化可以有效利用秸秆等农业废弃物，将其转化为可再生的清洁能源氢气。
同时，该技术还可以将废弃物减少到最低，并减少对化石燃料的依赖。
制氢的方式
制氢的方式
氢气是一种非常重要的能源，它可以作为燃料用于发电、交通等领域。
目前，制氢的方式主要有以下几种：
1. 电解水法
电解水法是制氢的传统方法，它是通过电解水来分解水分子，产生氢气和氧气。
这种方法需要使用电能，因此需要大量的电力支持。
电解水法的优点是制氢效率高，纯度高，而且不会产生污染物。
2. 天然气重整法
天然气重整法是一种利用天然气来制氢的方法。
这种方法需要将天然气与水蒸气混合，然后通过高温反应来分解天然气，产生氢气和一些其他的气体。
这种方法的优点是制氢效率高，而且可以利用天然气这种廉价的资源来制氢。
3. 生物质气化法
生物质气化法是一种利用生物质来制氢的方法。
这种方法需要将生物质加热到高温，然后通过气化反应来分解生物质，产生氢气和一些其他的气体。
这种方法的优点是可以利用废弃的生物质来制氢，而且可以减少对化石燃料的依赖。
4. 光解水法
光解水法是一种利用太阳能来制氢的方法。
这种方法需要使用光敏催化剂来吸收太阳能，然后通过光化学反应来分解水分子，产生氢气和氧气。
这种方法的优点是可以利用太阳能来制氢，而且不会产生污染物。
制氢的方式有很多种，每种方法都有其优点和缺点。
未来，随着技术的不断发展，制氢的效率和成本将会不断提高，氢气将会成为一种更加重要的能源。
生物质气化及制氢技术研究
生物质气化及制氢技术研究随着全球能源需求的不断增长，以及对环境保护的日益重视，开发新型清洁能源已经成为了各国的共同目标。
而生物质能作为一种可持续发展的清洁能源，越来越受到了人们的关注。
在众多生物质能技术中，生物质气化及制氢技术属于比较重要的一种，在此，我们将介绍其研究现状及前景。
一、什么是生物质气化？生物质气化是一种将生物质高温下反应，产生可再生能源的技术。
在生物质气化过程中，通过加热和催化的方式，将生物质原料转化成气体，其中包括主要的一氧化碳、氢气、二氧化碳以及少量甲烷等气体。
这些气体可以被用作化学建材生产的原料，也可以被用作发电机及燃料电池的燃料。
二、生物质气化技术的研究现状在生物质气化技术的研究过程中，最主要的挑战就在于技术难度较高，生产成本较高。
如果没有适当的技术和设备，那么生物质气化及制氢就难以实现。
因此，各国科学家和工程师不断进行研究，以提高生物质气化技术的效率和成本。
目前，生物质气化技术被成功应用于能源工业、化工工业、建筑材料和环保领域。
世界各个国家开展了大量的基础研究和应用研究工作，从技术研究到生产应用，不断深化和完善这项技术。
三、制氢技术的研究现状制氢技术一般是指通过各种化学和物理方法，将水分解成氢气和氧气的过程。
氢气是一种绿色、清洁、高效的能源，因此制氢技术也是一项重要的绿色能源技术。
目前，制氢技术的研究现状非常活跃，主要集中在以下几个方面：（1）常规制氢技术指通过加热或电解的方法来产生氢气，其中电解水制氢是最常见的方法。
该方法优点是制氢条件稳定、不受环境影响，但成本较高。
（2）生物制氢技术利用微生物，通过生物转化的过程产生氢气。
该方法具有可持续性、能源浓度高、温度低等优点，但需要进一步的研究和改进。
（3）水热加氢制氢技术利用高压、高温条件下，将水利用氢化剂转化为氢气的方法。
该方法能够有效提高水的能源利用率，但在实践过程中存在技术和安全问题。
四、生物质气化与制氢技术的应用前景生物质气化及制氢技术的应用前景广阔。
生物质气化制氢原理
生物质气化制氢是一种将生物质（如木材、农业废弃物、有机废物等）转化为氢气的过程。
生物质气化制氢技术利用生物质的化学能通过气化反应转化为热能，然后将热能转化为机械能或电能，最终通过电解水或其他方法将机械能或电能转化为氢气。
生物质气化制氢的主要步骤如下：
1. 生物质转化：首先，生物质在气化炉中被加热至一定温度，发生热分解反应，产生气体、焦油、灰烬等副产物。
这些气体包括CO、H2、CH4等可燃气体和少量的非可燃气体。
2. 气体净化：气化过程中产生的气体需要经过净化处理，以去除杂质和有害物质，如硫化物、氮化物、焦油等。
常用的净化方法包括洗涤、吸附、冷凝等。
3. 能量转化：净化后的气体可以被用作燃料或用于产生机械能或电能。
例如，可燃气体可以燃烧产生蒸汽，驱动涡轮机发电。
4. 电解水制氢：通过电解水或其他化学反应，将机械能或电能转化为氢气。
在电解水制氢过程中，电流通过水中，水分子分解为氢气和氧气。
生物质气化制氢的优点在于，它将生物质这种可再生能源转化为氢气，为氢能应用提供了潜在的来源。
同时，生物质气化制氢有助于减少对化石燃料的依赖，降低温室气体排放，实现可持续发展。
然而，生物质气化制氢技术仍面临一些挑战，如气化效率、气体净化成本和氢气纯度等。
随着技术的不断发展和改进，生物质气化制氢在未来有望成为一种重要的氢气生产方法。
生物质超绝热气化制氢项目总结
生物质制氢项目总结一、项目简介氢能作为一种清洁能源，是未来全球能源低碳化发展的终极方向。
然而自然界中不存在纯氢，只能从其它化学物质中转化、分解或分离得到。
目前全世界96 %的氢由煤炭、石油和天然气等化石燃料制取，其生产费用高且产生较多温室气体。
于是，部分学者都在研究如何利用生物质高效、环保的转化为氢气。
目前，生物质制氢的主要方法有两种：生物法制氢和热化学法制氢。
热化学法主要包括热解、高压超临界转化和气化法等。
其中，气化制氢技术具有很大的发展潜力，其产气氢含量较高，已引起了很多国内外学者的研究兴趣。
但生物质在气化过程中产生较多有害的焦油。
本项目采用基于超绝热气化的思想，将具有蓄热、微孔过滤、裂解等功能的多孔介质应用于生物质气化制氢过程中焦油的超绝热高效转化，以期提高生物质气化产氢效率。
二、本人在项目研究中承担的工作及发挥的作用我主要是对生物质超绝热气化制氢中的核心设备——生物质气化炉进行全方面的研究，以及和小组成员共同进行生物质制氢的实验研究。
总结了生物质气化的反应过程，为整个实验奠定了理论基础。
包含了各种反应物的相互作用，以及影响气化反应的各种因素和常见问题；总结了各种生物质气化炉的构造、原理及其特点，为整个实验奠定了设备基础；对本实验所用设备进行了分析总结；与小组成员共同进行生物质制氢的实验研究。
三、参加项目研究过程中的体验和收获（在能力培养和素质提高，特别是在创新思维和创新实践方面）很高兴能够走到最后，通过参加此次大学生创新项目，让我受益匪浅。
当然，参加此次大学生创新项目，我也付出了很多，牺牲了许多课外休闲时间，但是相比这些，我的收获远远大于失去。
我主要有以下几方面收获:首先，不得不让我谈及的就是计划的重要性。
在项目刚开始的时候，不知道应该如何下手，就像是一只蚂蚁看见了一块很大很美味的奶酪一样；后来是唐志国老师为我们指引了方向；我们从刚开始建立计划，慢慢的一步一步去完善并走向最后，由于在刚开始就有一个明确的的计划，在后期很多组忙着更加完善的时候，我们的过程是在不断地优化和创新。
超临界水中生物质气化制氢反应机理评述
超临界水中生物质气化制氢反应机理评述超临界水中生物质气化制氢是一种利用超临界水对生物质进行气化反应，产生氢气的技术。
本文将从反应机理的角度对这一过程进行评述。
超临界水，指的是在高温高压条件下，水的物理性质发生变化，介于气态和液态之间的一种状态。
超临界水具有较高的溶解能力和反应活性，因此被广泛应用于化学反应中。
生物质气化制氢是其中的一种应用。
生物质气化是指将生物质转化为可燃气体的过程。
在超临界水中，生物质首先被加热至高温，并与水在超临界条件下进行反应。
这个反应过程可以分为三个主要的步骤：水解、重组和气化。
首先是水解步骤。
在超临界水中，水的溶解能力增强，可以将生物质中的高聚物分解为小分子物质。
这些小分子物质包括糖类、脂类和蛋白质等。
水解反应的主要产物是糖类，如葡萄糖和木糖等。
接下来是重组步骤。
在水解产物的基础上，发生一系列的重组反应，生成一些低碳烃类化合物，如甲烷、乙烷和乙烯等。
这些低碳烃类化合物是后续气化反应的重要中间产物。
最后是气化步骤。
在高温高压条件下，重组产物进一步发生气化反应，生成氢气和一些其他气体，如一氧化碳和二氧化碳等。
气化反应的温度和压力是影响氢气产率和气体组成的重要因素。
根据研究发现，超临界水中生物质气化制氢反应机理主要包括两个途径：热解途径和重整途径。
热解途径是指生物质在高温条件下发生裂解，生成氢气和一些碳气体的过程。
重整途径是指生物质中的碳气体在超临界水中发生重组反应，生成氢气和其他碳气体的过程。
这两个途径是相互竞争的，同时存在于反应过程中。
超临界水中生物质气化制氢反应机理的评述对于进一步优化和改进该技术具有重要意义。
通过深入理解反应机理，可以选择合适的操作条件和催化剂，提高氢气产率和气体纯度。
此外，对反应机理的研究还可以为其他相关领域的研究提供参考和借鉴。
超临界水中生物质气化制氢反应机理是一个复杂的过程，包括水解、重组和气化等步骤。
研究者通过分析和评述反应机理，可以为该技术的优化和改进提供指导。
生物质制氢技术的研究现状与展望
一、引言在当前全球能源形势严峻的背景下，生物质制氢技术作为一种可持续发展的新型能源技术备受关注。
本文将对生物质制氢技术的研究现状和展望进行深入探讨，帮助读者全面了解这一领域的进展。
二、生物质制氢技术概述生物质是指植物在生长过程中固定的光能，可以通过热化学和生物化学方法转化为燃料、化学品等有机化合物。
生物质制氢技术是利用生物质资源生产氢燃料的技术，其优势在于可再生、低碳排放和资源广泛。
随着能源危机和环境污染问题的日益突出，生物质制氢技术受到了广泛关注。
三、生物质制氢技术的研究现状1. 生物质气化制氢技术生物质气化是将生物质物质在高温条件下进行分解，生成一氧化碳、氢气等气体。
通过气化反应，可将生物质转化为合成气，再通过水煤气变换反应制备氢气。
目前，生物质气化制氢技术在实验室和工业化生产中取得了一定进展。
2. 微生物发酵制氢技术生物质可通过微生物发酵产生氢气，这是一种相对环保的生产方法。
随着生物技术的发展，一些特殊菌株的应用使得生物质发酵制氢技术逐渐成熟。
生物质发酵制氢技术在实验室阶段已取得了较好的效果，但在工业化应用中还存在一定的技术难题。
3. 生物质光解制氢技术生物质光解制氢技术利用太阳能作为能源，将生物质中的水分子分解为氢气和氧气。
这是一种潜在的清洁能源制备方式，其研究目前处于实验室阶段，尚未进行工业化应用。
四、生物质制氢技术的展望生物质制氢技术具有巨大的发展潜力，但在实际应用中仍然存在许多挑战。
首先是生物质资源的可持续供应问题，需要建立可持续的生物质供应链；其次是高效的氢气生产技术，需要进一步提高生产效率和降低成本；最后是氢气的应用技术，需要配套发展氢燃料电池等技术。
个人观点与理解生物质制氢技术是未来能源发展的重要方向，具有可持续发展和环境友好的特点。
我认为，在今后的研究中，应当优先考虑改进氢气生产技术，并加大对生物质资源可持续利用和环境友好性的研究。
需要政府、企业和科研机构的共同努力，推动生物质制氢技术的实际应用和商业化。
超临界生物质气化制氢反应过程研究的开题报告
超临界生物质气化制氢反应过程研究的开题报告
一、选题背景
随着全球资源的日益枯竭和环境问题的日益严峻，替代能源的研究和应用变得尤为重要。
氢能作为一种高效清洁的替代能源受到了广泛关注，并有着广泛的应用前景。
生物质气化制氢技术是一种高效、环保的方法，而超临界生物质气化则是近年来新兴的生物质气化技术。
因此，研究超临界生物质气化制氢反应过程，对于提高生物质气化制氢的效率和降低生产成本具有重要意义。
二、研究内容
本研究通过实验研究和模拟计算，探究超临界生物质气化制氢反应过程的特点和规律，并优化反应条件，达到提高产氢效率的目的。
具体研究内容包括：
1. 实验设计和方案，选取适合的生物质气化装置、气化剂和反应条件，进行氢气产率的实验研究。
2. 分析反应产物的组成、成分和产氢效率等指标，研究超临界生物质气化制氢反应过程的特点和规律。
3. 基于反应机理和热力学理论，通过建立反应动力学模型和计算模型，模拟超临界生物质气化制氢反应过程，分析反应条件对反应效率的影响。
4. 优化反应条件，通过改变反应温度、催化剂添加等方式，提高生物质气化制氢的效率和降低生产成本。
三、研究意义
通过本研究，可以深入了解超临界生物质气化制氢反应过程的特点和规律，为进一步提高生物质气化制氢的效率和降低生产成本提供理论
和实验基础。
同时，也可以为生物质气化技术的应用研究提供新的思路和方法，推动氢能产业的快速发展。
生物质气化制氢技术
• 下吸式气化炉中，生物质原 料由炉顶的加料口投入，作 为气化剂的空气一般在氧化 区加入，如图2所示 • 这种炉子的优点：结构比较 简单，加料方便，产生可燃 气体石宏焦油含量较少。他 的缺点：气体流动阻力大， 消耗功率多，产生的气体灰 分和温度较高。
二、超临界水生物质气化制氢
• 超临界条件(也就是温度和压力都高于水的 临界值，T>374℃，P>22MPa)这种高温高压 条件下，超临界条件水的特定性质有可能 得到生物质的高转化率，生物质气化率可 以达到100％，产气中Hz的体积分数可能超 过50钳11
生物质超临界气化的特点
• 与常压气化过程相比，超临界水气化(SCWG)的 优点是：均匀介质，超临界水作为一种均匀介 质能够降低异相反应中传质阻力的影响；高固 体转化率，也就是少量的有机化合物和少量的 固体残留，当要考虑连续反应器中残留的焦炭 和焦油的影响时，这一点具有决定性的影响； 再者，能够根据操作条件在热力学平衡条件下 产氢，这意味着更高的转化率和气相中更高氢 浓度；此外，氢直接在高压下产生，这意味着 更小的反应器容积和更低的能量用来压缩气体 以存储。
• 上吸式固体床气化炉的结构 和反应过程如图1所示。生物 质燃料自炉顶加料口投入炉 子内，气化剂由炉底进气口 进入炉内参与气化反应，反 应产生的气化气自下而上流 动，由炉体上方的可燃气出 口排出。 • 这种炉子的优点：炉型结构 简单，适于各种形状尺寸的 原料，可燃气在经过热分解 层和干燥层时，将其携带的 热量传递给物料，用于物料 的热分解和干燥，同时降低 自身的温度，使炉子的热效 率大大的提高；热分解层和 干燥层对可燃气有一定的过 滤的作用，所以，出炉的可 燃气的温度和灰分都较低。
一、生物质催化气化制氢 生物质催化气化制氢
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**: **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。
AbstractIn 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。
生物质制氢技术在能源领域中的应用
生物质制氢技术在能源领域中的应用在当前非常注重环保和可再生资源利用的背景下，生物质制氢技术逐渐成为了能源领域中的一个热门话题。
本文将从生物质制氢技术的原理和优势入手，然后重点探讨这项技术在能源领域中的应用，包括发电、交通运输等多个领域。
一、生物质制氢技术的原理和优势
生物质制氢技术，简单来说就是利用生物质作为原材料，通过热解、气化等方法将生物质转化为氢气。
具体而言，常见的方法有生物质气化、生物质热解和生物质发酵等。
其中，生物质气化是指将生物质在高温下加压加热，并配合着一定量的催化剂，使得其中的碳水化合物和水蒸气进行反应，产生一氧化碳和氢气。
生物质热解则是指将生物质在较高温度下加热至干馏，使得其中的木质纤维素、半纤维质和木质素等有机组分在缺乏氧气的情况下，进行裂解反应，产生固体炭、液态油和气态气体。
而生物质发酵则是将生物质中的碳水化合物转化为乙醇，之后使用蒸汽重整法来生成氢气。
相比于传统石化制氢工艺，生物质制氢技术具备了以下优势：
1. 资源广泛：生物质是一种能够得到再生和可持续利用的资源，且较为广泛。
2. 环保可持续：由于生物质制氢技术产生的氢气属于可再生资源，所以对于环境的负担较小。
3. 降低能源危机风险：传统化石能资源逐渐枯竭，生物质制氢
技术则可以通过普及和规模化应用，解决能源危机风险。
4. 提升能源质量：根据现有的数据表明，生物质制氢技术所产
生的氢气是高纯度的，能够大大提升能源质量。
二、生物质制氢技术在能源领域中的应用
1. 发电领域
生物质制氢技术在发电领域内的应用，主要是通过先生产一定
规模的氢气，并将其进行压缩，之后将压缩后的氢气输送到燃。
氢气生产模式
氢气生产模式
氢气生产模式有多种，其中主要包括以下几种：
1. 碱法电解水制氢：利用电解水的方法将水分解为氢气和氧气，碱法电解水制氢是其中一种常见的方式。
这种方法需要使用碱性电解质（如氢氧化钠或氢氧化钾）作为电解液，通过直流电流通入电解槽中，水分子被电解为氢气和氧气。
2. 海水电解水制氢：与碱法电解水制氢类似，海水电解水制氢也是利用电解水的方法分解水分子产生氢气和氧气。
不同的是，海水电解水制氢使用的是海水作为电解液，可以直接从海水中提取氢气。
3. 甲烷重整制氢：甲烷重整是指将甲烷与水蒸气在一定的温度和压力下反应，生成一氧化碳和氢气的过程。
甲烷重整制氢是一种基于化学反应的氢气生产方式，主要用于工业领域。
4. 生物质气化制氢：生物质气化是将生物质材料（如生物废弃物、农作物残留物等）通过高温和缺氧条件下的热分解转化为气体，其中包括氢气。
生物质气化制氢是一种可再生能源的生产方式。
除了以上常见的氢气生产模式，还有其他一些新型的氢气生产技术，如光催化水分解、生物合成氢气等，这些新型技术正在不断发展和研究中，并有望成为将来的氢气生产方式。
生物质催化气化制氢技术研究
第５期
岳思， 等 生物质催化气化制氢技术研究
５５
目前， 国外的研究主要集中在欧、美、日等发达国 家。如 Ｔｕｒｎ 等［４］在富氧条件下研究了生物质的水蒸汽 气化制氢过程； 在其操作条件范围内， 单位千克生物 质产氢量在 ＥＲ（Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｃｅ Ｒａｔｉｏ）为 ０ 的情况下可以 达到 ６０ｇ。Ｒａｐａｇｎａ 等［５］在一流化床反应器和固定床反 应器内研究了生物质的催化气化反应， 重点研究了固 定 床 催 化 裂 解 器 内 操 作 条 件 对 氢 产 量 的 影 响 。 Ａｚｎａｒ 等［６］以快速流化床作为气化炉， 对生物质水蒸汽－ 氧气 的气化产物进行了催化重整， 所用催化剂为 ＣＯ 变换 催化剂， 其催化反应器出口气体中 Ｈ２ 体积含量可达 ６４．４％。 现 详 细 介 绍 两 项 已 在 工 程 中 实 际 应 用 的 生 物 质气化制氢的实用技术。
第 ３１ 卷 第 ５ 期 ２００８ 年 ５ 月
环境科学与技术
Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ＆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
Ｖｏｌ． Ｍａ
３１ ｙ第
３Ｎ２１０ｏ０卷．５８
生物质催化气化制氢技术研究
岳思， 肖波
（ 华中科技大学环境科学与工程学院， 湖北 武汉 ４３００７４）
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。文章首先介绍了生物质气化制氢技术的国内 外研究及应用现状， 然后介绍了一种一体式生物质气化炉水蒸汽催化气化制氢的工艺流程， 氢气体积的含量可达到 ５０％以上。最后总结 了这种工艺在各种制氢方法中， 具有技术成熟、工艺简单， 效率高等优点， 有广阔的应用前景。
大连理工大学科技成果——生物质气化制氢技术研究
大连理工大学科技成果——生物质气化制氢技术研究
一、产品和技术简介：
本技术以生物质高温介质气化为基础，将生物质转化为再生能源的热化学处理方法。
本技术所用的高温介质主要分为高温空气，高温水蒸汽和其他高温介质三种。
生物质高温水蒸汽气化具有很多优点：气化产气品质高，氢气含量大，清洁无污染，尤其是其较高的H2和CO比例是其他气化技术所不具备的。
高温带压水蒸汽发生器作为生物质气化系统的一部分，是整个系统的关键部件之一，它的主要功能是产生温度在600-1000℃的过热水蒸汽。
这些高温过热水蒸汽为后续气化过程提供能量和气化剂。
利用高温过热水蒸汽作为气化介质对生物质进行气化可以获得高浓度的氢气含量，高温水蒸汽不仅提供了气化介质，而且为气化反应提供了能量。
纯净的高温水蒸汽会使气化产气品质大大提高，使H2浓度大幅提高，气化产气中以如H2、CH4、CO 等气体为主，产气热值大大提高。
由于高温带压蒸汽发生器的研制成功，可以很方便的生产0-0.04Mpa的高温带压水蒸汽，所以，高温过热蒸汽气化技术可应用于各种反应器，如固定床、鼓泡床、流化床等。
高挥发份物料的除焦技术其治本途径是重质聚合物的裂解，本技术采用部分燃烧法对气化焦油进行重整，彻底消除焦油生成，对于由于长年生产所产生的焦油结焦问题提供了解决方案。
二、应用范围和生产条件：
高温过热蒸汽气化技术可应用于各种反应器，如固定床、鼓泡床、流化床等。
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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**: **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。
AbstractIn 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。
生物质气化气灰图2-3 下吸式气化炉原理示意图3、循环流化床气化炉（CFBG ）：物料被加进高温流化床后，发生快速热分解，生成气体、焦炭和焦油，焦炭随上升气流与CO2和水蒸气进行还原反应，焦油则在高温环境下继续裂解，未反应完的炭粒在出口处被分离出来，经循环管送入流化床底部，与从底部进入的空气发生燃烧反应，放出热量，为整个气化过程供热。
其原理示意图2-4所示。
图2-4 循环硫化床气化炉原理示意图还原区热解区燃烧区干燥区灰生物质CFBG 的热解反应处于高温区，并且CFBG 的传热条件好，加热速率高，可操作性强，产品气的质量也较高，其中H 2的含量也较高。
合成气催化变换过程是指将生物质气化过程得到的合成气进行催化变换得到含有更多氢气的新的合成气的过程。
经常使用的气化介质一般为空气、水蒸气或氧气和水蒸气的混合气。
因气化介质的不同，所得燃料气体的组成及焦油处理的难易程度也不同。
表2-1是在图2-2所示的下吸式气化炉条件下，以混合木块为气化原料，气化介质为空气，燃烧区温度为840℃时气化产物的组成。
表2-1 下习式气化炉实验结果（体积百分含量）H 2O 2 CH 4 CO CO 2 C 2H 4 C 2H 6 24.0 0.4 4.4 37.9 32.6 0.6 0.1 从表2-1可见，气化产物中，有相当一部分是CO 。
因此在生物质气化中，为了提高氢气产出量，需在气化介质中加入水蒸气。
通常认为，在蒸汽流态化条件下发生下述反应：22222H CO O H CO H CO O H C +↔++↔+上述反应导致床灰中的残炭含量减少，气体产物中的CO 2和H 2含量增多。
生物质炭与水蒸气的气化反应的反应式及平衡常数如表2-2所示。
表2-2 炭的气化反应和平衡常数气化反应式平衡常数（log K 的值）700K 900K1200K 1500K 22H CO O H C +↔+ -2.64 -0.391.58 1.76 22222H CO O H C +↔+ -1.67-0.03 1.44 2.35 从表2-2可见，只有在相当高的温度下，炭的气化反应才可能发生。
因此，如何设计催化剂降低炭的气化反应温度，促进炭的气化反应的发生是催化气化制氢的一个重要研究内容。
3、氢气的分离净化氢气分离、净化过程就是利用各种分离净化方法将经过催化变换制得的合成气中的氢气分离出来的过程。
在氢气的分离过程中常用的方法主要有：金属氢化物分离法、变压吸附法、低温分离法、钯合金薄膜扩散法、聚合物薄膜扩散法。
1、金属氢化物分离法：氢同金属反应生成金属氢化物的反应是可逆反应。
当氢同金属直接化合时，生成金属氢化物，当加热和降低压力时，金属氢化物发生分解，生成金属和氢气，从而达到分离和纯化氢气的目的。
利用金属氢化物分离法纯化的氢气，纯度高且不受原料气质量的影响。
2、变压吸附法：在常温和不同压力条件下，利用吸附剂对氢气中杂质组分的吸附容量不同而加以分离。
其主要优点是：一次吸附能除去氢气中多种杂质组分，纯化流程简单，当原料气中氢含量比较低时，变压吸附法具有突出的优越性。
3、低温分离法：在低温条件下，使气体混合物中的部分气体冷凝而达到分离。
此法适合于含氢量范围较宽的原料气，一般为30％－80％。
4、钯合金薄膜扩散法：是根据氢气在通过钯合金薄膜时进行选择性扩散而纯化氢的一种方法。
此法可用于处理含氢量低的原料气，且氢气纯度不受原料气质量的影响。
5、聚合物薄膜扩散法：这是利用差分扩散速率原理纯化氢的方法，输出的氢气纯度受原料气含氢量和输入气流中的其他成分的影响。
利用各种氢气纯化法使氢气纯化，所得的氢气回收率有很大差别。
金属氢化物分离法、变压吸附法和聚合物薄膜扩散法的回收率一般在70％－85％；低温分离法回收率达到95％；钯合金薄膜扩散法采用富氢原料气时，回收率可达99％。
4 我国气化制氢目前存在的问题目前，对生物质气化技术而言，虽然已经日趋成熟但是还存在不少问题，其中最突出的两大难点问题就是燃气热值低和焦油含量高。
而以制氢为目标的气化工艺为了达到高的氢气含量不但要解决以上两个问题，同时由于还处在刚刚起步阶段，有更多的问题需要解决。
1、焦油的催化裂解是提高生物质催化气产氢量的一个重要途径，也是这个课题今后的一个重要发展方向，郑州大学与依阿华州立大学可持续环境技术中心合作研究了生物质焦油的催化脱除及气化制氢技术。
实验证实。
生物质气化气要实现高氢浓度的转化，需在高温催化焦油转化系统后接商业化的水煤气变换反应器，即高变反应器和低变反应器。
高变反应将75%到83%的CO转化为H2，剩余的绝大多数CO通过低温变换反应被转化为H2。
2、开发相应的催化剂是气化制氢工艺的关键，应本着“绿色化学”的观念研究开发有效的新型催化剂，提高氢气产量，降低热解温度，将对生物质制氢工艺开发应用具有很大的推动作用。