《基於CO2捕集的秸稈低溫催化氣化制氫過程機理研究》是依託華中科技大學，由李斌擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於CO2捕集的秸稈低溫催化氣化制氫過程機理研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：李斌
- 依託單位：華中科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
本項目將基於CO2捕集的生物質強化制氫工藝與K鹽低溫催化有機結合，提出一種基於CO2捕集的秸稈低溫(600-700℃)催化氣化制氫新工藝。針對該工藝，採用實驗研究、理論分析與模擬相結合的方法，從秸稈強化熱解、熱解揮發分強化重整和CaO循環碳酸化等關鍵過程機理入手，對其進行深入研究，並把研究重點放在K、Ca協同強化、關鍵過程耦合這些特性與共性關鍵問題上，以期深入揭示K、Ca協同對秸稈熱解路徑與產物選擇性的影響機制和對熱解揮發分重整制氫的強化作用機理，掌握K鹽對CaO循環碳酸化性能影響及其改性途徑，建立基於CO2捕集的秸稈低溫催化氣化制氫系統動力學機理模型。從而全面解答K、Ca協同反應機理及其對制氫過程的強化作用機制，實現在較低溫度下農業秸稈高效、清潔、一步轉化制氫。本項目的研究成果可為該制氫工藝實際套用提供理論基礎與科學依據，並為我國秸稈資源高效轉化與高值化利用提供一條新的方法與途徑。
結題摘要
根據研究計畫考察了高CaO添加量下生物質熱解特性及其動力學，發現CaO添加吸收CO2使得生物質熱重熱解在高溫段出現了一個新的CaCO3煅燒分解失重峰，且CaO添加使得生物質熱解活化能降低。考慮到CaO的碳酸化性能，其反應溫度不宜過高，以避免生成的CaCO3重新分解。較低溫度下（700℃），CO2被大量固定在固相中使得熱解氣的產率顯著下降，而熱解焦的產率上升，同時CaO還可催化熱解過程，使得熱解氣和熱解油的組成和分布特性均發生了顯著變化。研究了CaO添加對水汽變換（WGS）反應和揮發分重整制氫特性的影響，確定了CaO原位吸收CO2促進平衡移動是產氣中H2濃度和產率升高的一個重要原因。同時，CaO活化H2O分子，促進其在表面解離生成H*和OH*，是CaO催化WGS反應（羧基化機理）生成更多H2的另一重要原因。CaO還可催化揮發分的裂解與水蒸氣重整反應，從而進一步提高H2的產率。K2CO3和CH3COOK在高溫及碳存在下會分解為K2O，其經過K2O-C↔K2O2-C氧化/還原反應機理可顯著強化麥稈的水蒸氣氣化制氫性能，而KCl和K2SO4的添加則在一定程度上抑制H2的生成，而促進中間產物聚合生成更多焦炭。將K鹽負載在CaO上，考察兩者同時添加對麥稈熱解氣化制氫特性的影響，發現當K鹽負載量為0.25%時，0.25%KCl/CaO相較其他K鹽表現出更好的制氫性能，KCl的添加可一定程度強化CaO的CO2吸收性能，提高產氣中H2濃度和產率。煅燒石灰石、煅燒碳酸鈣和煅燒白雲石的添加均可大幅提高產氣中的H2濃度和產率。且煅燒白雲石中的MgO組分還可進一步催化氣化過程，並強化CO2的吸收，從而獲得更高的H2濃度和產率。在CaO基礎上進一步引入活性組分NiO，NiO/CaO催化吸收劑對玉米稈熱解氣化過程顯示出比煅燒白雲石更好的催化性能。而NiO/γ-Al2O3和煅燒白雲石同時添加則可進一步增加產氣中H2的濃度和產率，在NiO負載量為15%時，產氣中的H2濃度可達到最大值85.1%。最後，在流化床氣化試驗台上進一步驗證了基於CO2捕集的生物質低溫催化氣化制氫工藝，並利用ASPEN PLUS軟體建立了該制氫工藝的系統模型，並進行了模擬預報與工藝最佳化。本項目的研究結果可為我國生物質高效轉化與高值化利用提供一條新的可行路徑，具有很好的套用前景。
