生物质超临界水中气化制氢工艺基础研究

 项目简介：
一、成果主要研究内容①超临界水中反应物和生成物的溶解度及相行为研究了典型生物质中主要成分如纤维素、木质素、灰分、蛋白质以及有机废料的主要成分在超临界水中的溶解度随温度和压力的变化规律；反应产物（气相、液相、固相）在超临界水中的溶解度及相行为。②超临界水中气化反应机理及其动力学和平衡热力学特性研究了超临界水中各种反应（如蒸汽重整、水气转换、甲烷化等）的进行方式和历程；各种反应的平衡常数，以及温度、压力、惰性气体等对平衡常数的影响；反应进度、反应物的平衡（最大）转化率以及系统的平衡组成。③超临界水中气化反应过程模拟及最优化基于上述对各种主要反应的动力学和平衡热力学的研究，建立了反应动力学和平衡热力学模型，对该模型进行数值求解，形成一种对超临界水中气化反应过程进行数值模拟的有效手段，对反应条件进行优化设计。二、成果解决的关键问题①超临界流体中的相平衡模型及相平衡实验测定；②中间反应的控制及其动力学数据测量；③超临界水中气化反应的动力学和平衡热力学模型。三、主要研究成果（1）对木质素等典型反应物在超临界水中不同实验条件下反应过程的相行为进行了在线观察，对典型反应物（葡萄糖、木质素、蔗糖和落叶松锯木屑等）的液相产物进行了分析。（2）设计建造了超临界水中生物质气化制氢实验装置，该装置的设计工作压力和温度分别为40MPa和600℃。利用该装置提出在超临界水中生物质气化制氢的新工艺-CO2脱除法的有效性和主要影响因素，进行了实验观察。考察了反应压力、反应温度、反应停留时间及葡萄糖浓度对气化效果的影响。（3）对超临界水中生物质气化制氢的热力学行为进行了研究，建立了热力学分析模型，进行了数值求解；并对热力学分析结果进行了实验验证，理论分析结果与实验结果吻合很好。