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廢棄生物質(zhì)的熱化學處理技術(shù):化蛹成蝶造氫能

   2010-12-13 中華化工網(wǎng)6400
核心提示:中華化工網(wǎng)訊:廢棄生物質(zhì)的熱化學處理技術(shù)正在得到越來越廣泛的關(guān)注,氫氣這種高品位潔凈能源便是生物質(zhì)熱化學處理的重要產(chǎn)物之

中華化工網(wǎng)訊:廢棄生物質(zhì)的熱化學處理技術(shù)正在得到越來越廣泛的關(guān)注,氫氣這種高品位潔凈能源便是生物質(zhì)熱化學處理的重要產(chǎn)物之一。正如寧波諾丁漢大學高級研究員吳韜所說:“利用工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的生物質(zhì)殘余物,在較為溫和的條件下高效、經(jīng)濟地制備氫氣,是實現(xiàn)生物質(zhì)殘渣高值化利用的主要手段之一,具有極高的工程價值。”(Chem234.COM)


  能效高于其他制氫路線


  氫是一種新型替代能源,利用廢棄生物質(zhì)制氫不僅可以實現(xiàn)CO2零排放,解決化石燃料短缺及消耗過程中的溫室效應難題,還能夠避免廢棄物本身面臨的無害化處理問題。


  吳韜介紹:“在能源的轉(zhuǎn)化效率方面,50%的廢棄生物質(zhì)熱量能夠轉(zhuǎn)化到氫氣產(chǎn)物中,高于其他的制氫技術(shù)路線。”美國的技術(shù)經(jīng)濟評價結(jié)果也表明,以目前的技術(shù)水平而言,生物質(zhì)制備燃料乙醇的一次性投資較小,而熱化和轉(zhuǎn)化制氫的投入相對較大,但在運行成本方面,制氫卻有著明顯優(yōu)勢,眼下的問題是如何降低設(shè)備投資。目前美國生物質(zhì)制氫成本為6美元/加侖左右,下一步的目標是降低50%。


  他告訴記者,制氫的方法有很多種。電解水是一種可以大規(guī)模制氫的途徑,然而水分子中的氫、氧原子結(jié)合緊密,電解過程中要耗用大量電能,比燃燒氫氣本身所產(chǎn)生的熱量還要多。其他礦物燃料制氫方法,如天然氣催化蒸汽重整等表現(xiàn)較好,但其原料為非可再生能源,且制氫過程會對環(huán)境造成污染。由此可見,廢棄生物質(zhì)是可持續(xù)的制氫原料,雖然其能量密度較低、資源分布較為分散,但利用潛力很大。


  正在探索生物油氣化產(chǎn)氫


  科學家們一直在探索用可再生廢棄生物質(zhì)制備氫氣的途徑,生物質(zhì)熱解耦合催化重整技術(shù)就是一種有前途的方法。其大致過程為:將生物質(zhì)快速裂解轉(zhuǎn)化為熱值為22MJ/kg左右,包括酚、醛、酸等組分的生物油,然后利用水蒸氣將生物油進行催化重整,制備以氫氣和一氧化碳為主要產(chǎn)物的合成氣。熱解過程產(chǎn)生的殘?zhí)己涂扇夹詺怏w,可以進行燃燒為熱解過程提供能量。


  據(jù)初步測算,假如用木屑作原料,100克生物油可以得到超過17克的氫氣,而且相對于石腦油和天然氣原料900℃~1100℃的轉(zhuǎn)化溫度,生物油氣化產(chǎn)氫的裂解溫度僅為650℃~850℃,從而降低了催化重整過程的能耗。“可以說,通過熱解耦合催化重整技術(shù)將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為易存儲、易運輸、能量密度高的生物油,是實現(xiàn)生物質(zhì)高效、大規(guī)模利用的主要途徑之一。”吳韜表示。


  據(jù)了解,這一技術(shù)路線最早由美國可再生能源國家實驗室于1993年提出,此后世界范圍內(nèi)相當多的學者開展了大量研究。前不久,美國科學家根據(jù)廢棄生物質(zhì)資源的特點,專門開發(fā)了一種小型的移動式、分布式車載裝備,利用它可以實現(xiàn)廢棄生物質(zhì)的小規(guī)模、分散處理。在國內(nèi),吳韜所在課題組也做了很多研究工作,并取得了一定進展。


  催化劑改進是研究重點


  吳韜認為,與現(xiàn)有的生物質(zhì)制氫技術(shù),如流化床氣化、固定床制氫等相比,生物質(zhì)熱解耦合催化重整制氫的優(yōu)點是不需要空氣分離裝置,從而降低了成本,大大提高了經(jīng)濟性;所得氫氣和合成氣的熱值高于傳統(tǒng)方法,因而具有更高的經(jīng)濟效益;對原料的依賴性較小,對所有廢棄生物質(zhì)都可以加以利用。“眼下需要做的是,在技術(shù)可靠性和經(jīng)濟性方面進一步驗證和完善,同時開發(fā)高效的催化技術(shù)。”他強調(diào)說。


  吳韜課題組主要以木屑、秸桿等為原料制氫。大量研究結(jié)果表明,不同生物質(zhì)原料的反應差別不太明顯,都是先將生物質(zhì)制成生物油再制氫的兩步過程。應該說,熱解技術(shù)總體上已經(jīng)比較成熟,而生物油中氧的含量很高,導致其處理難度較大,對重整過程的催化劑是一大挑戰(zhàn)。國內(nèi)外科學家對于該過程催化劑選擇性的研究證實,使用不同催化劑所得的產(chǎn)物也有差別。


  他指出,眼下業(yè)界對于生物油催化重整過程催化劑的研究重點在于催化劑的活性、選擇性,在工業(yè)化過程中還涉及催化劑的壽命和再生問題,盡管開展了很多研究工作,但重要的突破還不多。另一方面,對于制氫反應器的研究也很重要,當下主要集中在水相和氣相兩個方面,水相反應器的開發(fā)做得相對較多,然而氣相反應器的能量轉(zhuǎn)化效率更高,也值得花費精力去開發(fā)。


 

 
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