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3.生物制氢工艺

3.1原料

水、淀粉类、纤维素、糖蜜、有机酸、工业废水、生活污水

3.2工艺

①光裂解：两步制氢法——正常光合/缺硫厌氧产氢

②光发酵：废水发酵产氢菌体利用（蛋白饲料、提取高附加值的辅酶Q、类胡萝卜素）达标排放；

key：控制成本----光反应器的设计、培养条件优化。

③暗发酵：参考沼气发酵，排除甲烷菌。

④暗-光发酵偶联：暗发酵产酸产氢、光发酵耗酸产氢。

⑤酶法制氢：利用体外酶系专一产氢，提高底物利用率。

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3.3氢的净化与存储

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变压吸附法（PressureSwingAdsorption，PSA）

吸附→降压解吸→逐级升压→吸附，各塔轮换操作

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膜分离技术

高分子膜、金属膜（钯）

氢通过钯膜的分离过程

①一次侧（高压侧）分子氢吸附到钯表面；

②氢离解，形成原子氢；

③氢原子在渗透压作用下在膜中扩散；

④钯的催化能量使原子氢会合成分子氢；

⑤分子氢脱离膜。

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加压气态存储

Key：高压储氢罐的研发。（铝合金+碳纤维）

压缩过程能耗高。

液态存储

热分层（引起爆炸）；不能长期保存。

通过高压氢绝热膨胀实现：加压→冷却→膨胀→液化。

Key：绝热；

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吸储材料储氢

物理吸附材料（多孔材料——吸附、晶格吸储——石墨、合金）

化学反应材料（金属，催化可逆吸氢）

高压氢气与吸储材料复合式储氢

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无机储氢材料

3NaAlH4Na3AlH6+2Al+3H2(3.7wt%)

Na3AlH6NaH+Al+1.5H2(1.8wt%)

Li3N+2H2Li2NH+LiH+H2(5.2wt%)

Li2NH+2H2LiNH2+LiH(6.5wt%)

铝氢化物

酰胺与酰亚胺材料

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有机氢化物材料

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3.4生物质的热化学处理

生物质气化、生物质液化、生物质合成燃料

3.4.1生物质气化

生物质作为气化原料比煤作为气化原料有较多的优点：

(1)挥发分高其挥发分一般为70％~80％，400℃；而煤在800℃时才能释放出30％的挥发分。

(2)生物质炭反应活性高生物质炭在较低的温度（800℃）下，可以快的速度与CO2及水蒸气进行气化反应。

(3)生物炭灰分少生物炭灰分一般少于3％，省去除灰工艺；

(4)含硫量低生物炭含硫量一般少于0.2％，气体脱硫装置简单。

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气化原理

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气化设备

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流态化与流化床

固定床|最小流化床|平滑流化床|鼓泡床|腾涌床|层式腾涌床|紊流床|流态化输送

气速增加

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流化床的优点

生物质流化床气化与固定休气化相比较，具有以下优点：

①流化床气化可以使用粒度很小的原料，对灰分的要求也不高；

②流化床气化效率和气化强度都比较高，因此，其气化炉的断面要小；

③流化床气化的产气能力可在放大范围内波动，且气化效率不会明显降低；

④流化床使用的燃料颗粒很细，传热向积大，故传热效率高．而且，气化反应温度不是很高且均衡，使结渣的可能性减弱。

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3.4.2生物质的热裂解液化

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热裂解原理

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热解温度对产物的影响

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3.4.3生物质合成燃料

原料

预处理

气

化

净

化

CO/H2

重整

沸托合成

产物分离

甲醇

柴油

二甲醚

粉碎、干燥

除焦油、灰

调整二者的比例

制备合成气

合成反应

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沸托合成

CO+2H2→CH3OH+102.5kJ/mol

2CO+4H2→CH3OCH3+200.2kJ/mol

CO+3H2→CH4+H2O+115.6kJ/mol

4CO+8H2→C4H9OH+H2O+49.62kJ/mol

CO2+3H2→CO+H2O+42.9kJ/mol

nCO+2nH2→（CH2）n+nH2OQ

催化剂：铬、锌、铜等。

甲醇产率可达95%.

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