甘油超临界水气化制氢联合发电系统的优化设计文献综述

 2022-11-18 11:23:40

文献综述

一.能源背景

能源危机和环境污染已经成为当今科技发展亟待解决的两个问题。随着社会经济的快速发展,人们对能源的需求不断增大。而当前世界上的主要能源依旧是化石燃料(石油、煤和天然气等),其不可再生且面临枯竭。在英国石油公司2016年6月份发布的《BP世界能源统计2016年鉴》中指出,当前能源消费仍然侧重于化石燃料,化石燃料在能源消费中的份额高达85.9%,其中石油32.9%,天然气23.8%,煤炭29.2%。可再生能源的份额虽然有所提高,但目前仍仅占全球能源消费量的2.8%,2015年,全球一次能源消费仅增长1.0%,与其2014 年低于世界平均值的增长( 1.1%)相似,远低于近十年平均值1.9%。除2009年的衰退外,这是自1998 年以来最低的全球增长。97%的全球消费增长来自新兴经济体。中国的消费进一步放缓,但仍保持连续第十五年世界一次能源消费第一。(1)随着化石能源的不断利用,所带来的温室效应,环境污染以及生态系统破坏产生的危害越来越大,寻找新型替代能源已经刻不容缓。

二.甘油及利用方式

甘油于1779年由斯柴尔首先发现,1823年人们认识到油脂成分中含有Chevreul,希腊语为甘甜的意思,因此命名为甘油。它是最简单的三羟基醇,分子式为C3H8O3,结构简式为HOCH2CH(OH)CH2OH,又称丙三醇。在自然界中甘油主要以甘油酯的形式广泛存在于动植物体内,在棕榈油和其他极少数油脂中含有少量甘油。甘油是一种味甘、无色、无臭的粘稠液体。在潮湿空气中能吸收水分,遇冷时间过长能析出结晶块,稍加温可再溶,故应密闭储存。溶点17.8℃,沸点290℃(分解),相对密度为1.2636(20℃)。纯甘油可以形成结晶态固体,当温度达到(-15——-55)℃时最容易结晶。甘油吸水性很强,与水及乙醇可以任意比例混合,与丙酮、三氯乙稀及乙醚-醇混合液可互溶,甘油化学性质与一般醇类性质相似。(2)

目前人们对甘油的开发利用主要集中于两个方向:高附加值的化学品和燃料。(3)化学品主要包括1,2-丙二醇,1,3-丙二醇,丙烯醛,二羟基丙酮,环氧氯丙烷,过氧化二异丙苯,乳酸,柠檬酸等,燃料中最主要的就是氢能。(4)

甘油作为生物柴油生产过程的主要副产物,每生产 10t生物柴油大约副产 1 t 粗甘油。况且随着近年来国内外生物柴油投资热迅速升温,在生物柴油产量大幅提高的同时也副产了大量的粗甘油。尽管其被大量应用于化工行业,作为合成塑料、合成树脂、硝酸甘油、油漆、油脂和蜂蜡等物质的原料,并应用于香料、制药、卫生用品、化妆品及国防等工业中,但是目前甘油传统市场的增长还远远不足以消化生物柴油工业发展而产生的大量副产甘油。因此,为生物柴油甘油寻找新的利用途径已引起全球的普遍关注。

甘油分子含氢量高,可作为制氢的优质原料,同时由于燃料电池技术的快速发展,利用生物柴油副产甘油重整制氢的技术已越来越成为人们关注的焦点。(4)目前针对甘油制氢技术的研究主要集中于以下几方面:甘油水蒸汽重整(SR)、(5-7)甘油部分氧化(PO)、(8)甘油自热重整(ATR)(9-11)以及甘油水相重整(APR)(12-14)制氢,另外还有甘油高温裂解气化制氢、等离子体制氢(15-16)等研究。而作为更创新的方法,可以使用超临界水重整(SCWR)来制取氢气(17-21),也就是本课题所主要研究内容。

三.甘油超临界水气化制氢研究进展

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