生物制氢技术.ppt

2021/3/26 * 复习思考题 1．简要说明各制氢工艺的生物质制氢原理。 2．生物质制氢的特点有哪些? 3．列举几种主要的制氢途径,分析各途径的特点。 4．不同生物法制氢途径各有何优缺点? 5．主要的生物质制氢的工艺类型有哪些? 6．了解几种主要的生物质制氢装置,熟悉各装置的工作过程。 7．光合微生物制氢反应器有哪些?简要说明其优缺点。 2021/3/26 * 再 见! 2021/3/26 * 生物质气化催化制氢工艺类型特点 工艺类型 主要生成物 加热温度 生物质气化催化制氢工艺 空气气化 H2,CH4 ,CO2,N2（50%左右） 自供热,700～1000℃ 氧气气化 CO,H2,CH4 水蒸汽气化 H2（20%～26%）,CO（28%～42%）,CO2（16%～23%）,CH4（10%～20%） 吸热反应,需外供热源 水蒸汽-氧气 H2（32%）,CO（28%）, CO2（30%）,CH4（7.5%） 自供热800℃ 干馏气化 炭（28%～30%）, 木焦油（5%～10%）, 木醋液（30%～35%）, 气化气（25%～30%,主要成分H2、CO、CO2、CH4 ） 低温（＜600℃）, 中温（600～900℃）, 高温（＞900℃） 2021/3/26 * （二）生物质热裂解制氢工艺 生物质热解反应类似于煤炭的干馏。在隔绝氧气条件下加热原料,通过催化热裂解、甲烷重整、CO变换等反应,使焦油、CO和CH4转变为H2,然后进行气体分离得到H2。  优势:避免了氮气对气体的稀释,提高了气体的能流密度,降低了气体分离的难度,减少了设备体积和造价;生物质在常压下进行热解和二次裂解,热解工艺简单;生物质热解反应是放热过程,因此热解制氢能耗较低;有相当宽广的原料适应性。 2021/3/26 * （三）水蒸气催化重整生物质裂解油制氢工艺 生物质裂解油的水蒸气重整制氢是指利用水蒸气重整催化生物质裂解油制取氢气的过程。 优点:①生物质裂解油易于存储运输,气化过程不存在排灰除焦油等问题;②排除了生物质气化制氢进料难的问题,可通过油泵和喷嘴实现生物质油的带压进料;③是一条新的裂解油后续加工途径。生物质裂解得到的液体燃料油本身不能直接作为发动机燃料使用,必须经过后续工艺如加氢精制、催化裂解精制后方可得到高品位的燃料油。 在目前各种生物质热裂解液化技术中,常压快速裂解是最为经济的方法,并且在技术上也趋于成熟。以生物质快速裂解油制氢,在原料上有保障。 2021/3/26 * （四）超临界水催化气化制氢工艺 生物质超临界转化制氢工艺流程: 特点:生物质超临界转化制氢的反应条件要求高,对设备和材料的工艺条件较苛刻。可得到了含氢较高的气体,几乎不生成残炭。 2021/3/26 * 2.1.2 微生物法制氢工艺 （一）厌氧微生物法制氢工艺 主要是以有机废水为原料,利用驯化厌氧微生物菌群的产酸发酵作用生产氢气。厌氧微生物发酵方式大多是连续发酵,也有间歇发酵。 研究表明,利用两段厌氧处理工艺的产酸相通过发酵法从有机废水中制取氢气是可行的。 2021/3/26 * 提高发酵细菌产氢的主要途径 厌氧微生物产氢可使用多种有机原料,但是产氢量较低。研究发现1mol丙酮酸产生1～2 mol的H2,理论上只有将1mol葡萄糖中12 mol的氢全部释放出来,厌氧发酵产氢才具有大规模应用的价值。厌氧产氢量低的原因主要有两个: ①是自然进化的结果,从细胞生存的角度看,丙酮酸酵解主要用于合成细胞自身物质,而不是用于形成氢气;②所产氢气的一部分在吸氢酶的催化下被重新分解利用。 通过新陈代谢工程以及控制工艺条件使电子流动尽可能用于产氢,是提高发酵细菌产氢的主要途径。 2021/3/26 * （二）光合微生物法制氢工艺 光合微生物制氢是在一定光照条件下,通过光合微生物分解底物产生氢气。主要的研究集中于藻类和光合细菌。 微藻属于光合自养型微生物,包括:蓝藻、绿藻、红藻和褐藻等,目前研究较多的主要是绿藻。 光合细菌属于光合异养型微生物,目前研究较多的有:深红红螺菌、球形红假单胞菌、深红红假单胞菌、夹膜红假单胞菌、球类红微菌和液泡外硫红螺菌等。 2021/3/26 * 微藻光合生物制氢工艺直接光解产氢、间接光解产氢 直接光解产氢途径中,光合器官捕获光子,产生的激活能分解水产生低氧化还原电位还原剂,该还原剂进一步在氢酶作用下还原质子形成氢气 。 由于催化这一反应的铁氢酶对氧气极其敏感,所以必须在反应器中通入高纯度惰性气体,形成一个H2和O2分压极低的环境,才能实现连续产氢。 2021/3/26 * 间接光解有机物产氢途径中,为了克服氧气对产氢酶的抑制效应,使蓝藻和绿藻产氢连续进行,可使氢气和氧气在不同阶段或不同空间进