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含碳能源直接制氢中CO2吸收剂的研究

2020-11-22阅读(664)

含碳能源直接制氢中CO2吸收剂的研究

论文摘要

传统的化石能源利用方式给人类赖以生存的环境带来巨大的危害,“温室效应”等全球性问题已经引起世界各国政府的普遍关注,同时,氢能作为一种清洁的燃料近年来受到广泛重视。以传统化石能源洁净利用为中心,构建生产氢并有效减少CO2排放的可持续发展能源系统势在必行。根据“直接制氢,矿石固化CO2”的思路,本文对含碳能源直接制氢中钙基CO2吸收剂的工作条件、循环特性、吸收剂活性的改善以及吸收剂不同循环特性对制氢系统的影响进行了研究。 针对本文中CO2吸收剂特定的工作环境,通过对含碳能源直接制氢过程的热力学分析和系统模拟,初步确定了该制氢过程中钙基CO2吸收剂适宜的工作条件,并以不同种类的生物质为气化原料,对直接制氢进行了实验研究,对计算结果进行了验证。 利用常压固定床反应器和加压反应器,以可逆的煅烧/碳酸化反应为基础,主要对碳酸钙煅烧的产物——CaO的循环特性进行了实验研究,借助电镜扫描和孔隙测量等手段,分析了温度、压力、载气成分等因素对吸收剂循环转化率的影响,初步确定了引起吸收剂活性衰减的原因。 采用不同的循环路径和添加剂,对吸收剂进行了循环特性改善研究,并以水和水蒸汽为活化剂,对多次循环后的吸收剂进行了活化实验,确定了含碳能源直接制氢中,维持和改善吸收剂循环特性的最佳方法。吸收剂的活化实验取得了良好的效果,提供了一种方便、廉价的吸收剂活化方法,并可拓展应用到其它场合。 根据不同钙基吸收剂的循环特性,构建了含碳能源直接制氢流程,初步分析了不同吸收剂循环特性对制氢产物的影响。基于吸收剂的不同再生方式,通过对不同制氢系统的设计和模拟,确定了吸收剂再生方式对制氢过程的影响,初步分析表明碳部分转化供热较适合含碳能源直接制氢系统。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 前言
  • 1.1 研究背景
  • 1.2 含碳能源制氢的研究现状及发展趋势
  • 1.2.1 含碳能源制氢的研究现状
  • 1.2.2 直接制氢近零排放过程简介
  • 2吸收剂的研究现状及发展趋势'>1.3 钙基 CO2吸收剂的研究现状及发展趋势
  • 1.4 本文主要研究内容
  • 1.4.1 模拟计算主要工作
  • 1.4.2 实验主要工作
  • 2吸收剂工作条件的确定'>第二章 直接制氢中 CO2吸收剂工作条件的确定
  • 2.1 含碳能源直接制氢的热力学分析
  • 2.1.1 含碳能源直接制氢热化学过程
  • 2.1.2 含碳能源直接制氢可行性分析
  • 2.2 含碳能源直接制氢的热力学模拟
  • 2.2.1 含碳能源制氢的热力学分析现状
  • 2.2.2 模拟软件 Aspen Plus简介
  • 2.2.3 热平衡分析
  • 2.2.4 操作条件的影响分析
  • 2.3 直接制氢中吸收剂工作条件的实验验证
  • 2.3.1 实验装置
  • 2.3.2 实验的测量分析
  • 2.3.3 实验步骤安排
  • 2.3.4 实验过程及物料
  • 2.3.5 实验结果及分析
  • 2.3.6 实验结果讨论
  • 2.4 本章小结
  • 2吸收剂循环特性实验研究'>第三章 CO2吸收剂循环特性实验研究
  • 3.1 实验装置
  • 3.2 实验方法及工况
  • 3.2.1 实验方法及步骤
  • 3.2.2 实验工况
  • 3.3 实验结果及分析
  • 3.3.1 实验分析参数
  • 3.3.2 实验结果及分析
  • 3.4 吸收剂活性衰减原因分析
  • 3.4.1 SEM表面形态观察
  • 3.4.2 孔及比表面分析
  • 3.5 本章小结
  • 2吸收剂循环特性改善研究'>第四章 CO2吸收剂循环特性改善研究
  • 4.1 吸收剂改性实验方法及工况
  • 4.1.1 吸收剂活性改善思路
  • 4.1.2 改性吸收剂样品的制备及工况
  • 4.1.3 实验过程
  • 4.2 实验结果及分析
  • 4.2.1 添加剂对吸收剂活性的影响
  • 4.2.2 共沉淀法制备的吸收剂循环特性
  • 4.2.3 水合处理对吸收剂活性的改善
  • 4.2.4 蒸汽预处理对吸收剂活性的改善
  • 4.2.5 水和水蒸汽对吸收剂的活化
  • 4.3 不同改性过程特征分析
  • 4.3.1 吸收剂表面形态观察
  • 4.3.1 吸收剂比表面积和孔隙率变化分析
  • 4.4 本章小结
  • 第五章 吸收剂循环特性对制氢过程的影响分析
  • 5.1 吸收剂循环特性的对制氢过程的影响
  • 5.1.1 含碳能源直接制氢系统流程图
  • 5.1.2 吸收剂循环利用模拟计算
  • 5.1.3 吸收剂循环特性影响分析
  • 5.2 不同吸收剂再生方式对制氢过程的影响
  • 2吸收剂再生方式的制氢系统'>5.2.1 基于不同CO2吸收剂再生方式的制氢系统
  • 5.2.2 过程模拟及计算结果分析
  • 2吸收剂再生过程的比较'>5.2.3 两种不同CO2吸收剂再生过程的比较
  • 5.2.4 小结
  • 5.3 本章小结
  • 第六章 结论与展望
  • 6.1 全文结论
  • 2吸收剂循环特性研究展望'>6.2 钙基 CO2吸收剂循环特性研究展望
  • 6.3 本文创新点
  • 符号表
  • 参考文献
  • 博士在读期间发表的论文
  • 致谢

    • 相关论文文献

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