木薯渣热化学特性及富氢气体制备——文献报告——

木薯渣热化学特性及富氢气体制备——文献报告——

导师：李复生 研究员 报告人：高慧

Contents

文献综述 --- 热化学特性部分1.

文献综述 --- 试验研究部分2.

1. 文献综述 --- 热化学特性部分

室温— 120℃ ：水分蒸发120—240℃ ：挥发分尚未大量分解240℃ 之后：木薯渣热裂解加快290—430℃ ：木薯渣失重 39.11%剩余焦炭为木薯渣质量的 35.9%

谭洪研究发现，生物质中纤维素、半纤维素、木素的焦炭产量分别是 6.5%， 26%， 42%。

刘强对所用污泥进行了热重分析实验，实验表明干燥污泥随着温度的升高，其重量百分比呈递减趋势，最高降幅约在 40% 左右。可见终温越高，其降幅越大；终温越低，降幅越小；热量随温度的升高而升高；粒径越小，污泥的失重越大，分解的物质也就越多。

一些研究人员在氮气气氛下进行污泥热重第 1 阶段为污泥中内在水分和少量外在水的析出阶段；第 2 ， 3 阶段是有机物挥发分的析出阶段，污泥中有机物分解反应主要集中在这个阶段；第 4 阶段是残留有机物和矿物质分解以及焦炭燃尽阶段。

1. 文献综述 --- 热化学特性部分

由曲线可以看出 提高升温速率显著改善了污泥最大失重率 且挥发分的析出温度也向高温区移动。

上海大学研究了利用热重—质谱联用仪对厌氧消化和未消化污泥进行了研究，发现， 2 种污泥燃烧和热解过程中的热失重行为都可分为失水、有机物分解、无机物分解 3 个阶段。但 300-350℃ 范围内，未消化污泥有机物分解造成的热失重现象比厌氧消化污泥明显。

1. 文献综述 --- 热化学特性部分

通过对比分析可以看出随着氧浓度上升，燃烧 TG 曲线和 DTG 曲线整体向低温端移动，但污泥线形状相似，都分为三个阶段。第一阶段室温至 150℃ ，为水分的析出阶段。第二阶段，不同氧浓度下的起始温度略有差别，挥发份析出燃烧和残焦的燃烧阶段。第三阶段的开始时间随着氧浓度的升高而略有提前，失重曲线无明显变化。

1. 文献综述 --- 热化学特性部分

利用曲线分离的方法确定了不同氧浓度下污泥的着火点。随着氧浓度的上升，污泥的着火点温度逐渐降低。

1. 文献综述 --- 热化学特性部分

着火温度热失重行为三个阶段

总结

2. 文献综述 --- 试验研究部分

含水率催化剂含水率催化剂 升温速率升温速率

气氛气氛温度温度

氢气产率氢气产率

2. 文献综述 --- 温度

1.H2 的含量先随着温度 的升高而升高 。在 600 ℃ 时达到最高值72 ％。然后随着温度的升高逐渐下降。2. 在 900℃ 时， H2 和 CO 的总量占 97.25 ％

英国的 Midilli 等利用下降流气化床，对污泥进行高温气化制氢，获得的气体主要由 H2,CO,CO2 和 CH4 组成，其中 H2 所占体积分数为 10%—11% 。在另西班牙萨拉戈萨大学发现随反应温度 ( 低于 900 )℃ 的升高，产气H2 、 CO 和烯烃类的浓度上升， N2 、和 CO2 的浓度下降。说明反应温度的提升有利于燃气品质的提高。

在低温段， H2 产出量并不大，大量主要在 600 ℃ 以后产出，在 700—800℃ 达到高峰 ;950℃ 恒温停留期间， H2 产量也很高。600℃ 以上的高温有利于污泥热解制氢。

2. 文献综述 --- 温度

1 温度升高促进了水煤气反应 (C 十 H2O=CO+H2) 和水煤气变换反应(CO+H2O=CO2+H2) 的进行，同时污泥分解也会产生更多的 H2 ，使产气中H2 的含量显著增加。 2 温度升高使分解产生的 CO 增加，同时促进水煤气反应和炉煤气反应 (C+CO=2CO) 使产气中 CO 的含量增加，而水煤气变换反应需消耗 CO而生成 H2 是 CO 含量上升速率低于 H2 的一个原因。

2. 浙江大学研究发现水蒸汽的存在使产气中 H2 的浓度显著增加，而 CO和 CH4 的浓度降低，产气的热值略为下降。分析其原因为水蒸汽的存在使水煤气反应 (C+H2O=CO+H2 ) 和水煤气变换反应 (CO+H2O=CO2+H2)增多，致使 H2 产量明显增加而 CO 产量减少。 CH4 含量减少的原因可能是更多的 C 和 CO参与了与 H2O 的反应使得参与甲烷生成反应的比例减少，同时由于甲烷生成反应为放热反应，温度升高限制了 CH4 的生成。

2. 文献综述 --- 气氛

1.Nipattummakul 在污泥气化研究中发现，当水蒸气作为气化剂时，氢气产率相比同等条件下在空气中气化产氢要高，约其 3倍。

2. 文献综述 --- 升温速率

随着升温速率的加快 ，木薯渣在不 同温度下产生的 H2 的含量均降低。

随着升温速率的提高， H2 增长十分显著。提高升温速率能在一定程度上延长物料在高温区的停留时间，有利于大分子气体发生二次裂解，生成 H2 和 C2H2

小分子碳氢气体。

2. 文献综述 --- 催化剂

1.马德里理工大学对空气混合水蒸汽作为气化剂在流化床中进行了污泥气化，并加入白云石、橄榄石和矾土 ( 氧化铝 )作为催化剂，研究了催化剂的种类和含量对气化过程焦油产量和产气组分的影响。实验发现，白云石对限制焦油产结生的作用最明显，其次是矾土和橄榄石。

2. 其他研究者也对此过程进行了研究，发现水蒸汽和催化剂的存在的大幅提升了产气中氢气的含量，矾土和白云石可以增加产气中 H2 和 CO 的含量，而降低 CO2 和烃类气体的含量。

3.肖波研究了反应温度，水蒸气流量，以及白云石催化剂对整个气化过程结果的影响，发现氢气的产率与温度成正比，并且发现催化剂对气体成分总趋势的变化无影响，但是当温度超过 850℃ 时，能大幅度增加产氢率，其原因是催化剂对焦油的二次降解。

2. 文献综述 --- 含水率

研究人员研究湿污泥热解产氢的过程并考察了含水率对热解产氢的影响。实验采用的湿污泥含水率在 70% 以上，随着水分的增加，氢气的产率升高。但并不是所有的生成的气体都和水分有关，因为热解过程不是一个简单的过程，气体的组分的量不仅仅是来源于 char 和 oil的气化和裂解，也来源于中间产物的之间的相互反应。

研究人员研究湿污泥热解产氢的过程并考察了含水率对热解产氢的影响。实验采用的湿污泥含水率在 70% 以上，随着水分的增加，氢气的产率升高。但并不是所有的生成的气体都和水分有关，因为热解过程不是一个简单的过程，气体的组分的量不仅仅是来源于 char 和 oil的气化和裂解，也来源于中间产物的之间的相互反应。

water gas shift reactionwater gas shift reaction

另外，从气体热值和 H2 含量的变化趋势可以看出，当含水率达到一定值后，参与反应的水蒸气量已接近饱和，继续增加污泥含水率对气体产率的提高和 H2 的生成没有明显的促进作用。