棕榈油厂废水化学循环气化制氢的Aspen Plus建模与能效优化研究

本研究创新性地将水热气化(HTG)与合成气化学循环(SCL)技术耦合，通过Aspen Plus建模揭示了温度(400-500°C)和含水率(65-80wt%)对棕榈油厂废水(POME)制氢的关键影响，最高能效达45.21%，为生物质废弃物资源化提供了兼具CO2原位捕集与氢能-电力联产的新型解决方案。

　　

Highlight

本研究亮点在于开发了水热气化(HTG)-合成气化学循环(SCL)集成系统，通过铁基氧载体的氧化还原循环，实现了从高湿度棕榈油厂废水(POME)中高效制取高纯度氢气(H₂)并同步捕获二氧化碳(CO₂)。在250bar压力条件下，当温度从400°C升至500°C时，每吨干燥POME的氢气产量激增252%，展现出超临界水独特的催化降解特性。

Result and discussion

结果与讨论

模拟显示：在65wt%含水率条件下，400°C时系统能效峰值达45.21%，而500°C虽提升氢气产率至129.38kg/吨干基POME，但热负荷显著增加。超临界水(>374°C, 22.1MPa)的特殊性质有效抑制焦油形成，使合成气中H₂/CO/CH₄浓度提升40-60%。氧载体(OCs)在燃料反应器中将合成气转化为CO₂和H₂O，随后在蒸汽反应器中再生为高纯度H₂，整个过程比传统碳捕集(CCS)节能30%。

CRediT authorship contribution statement

作者贡献声明

Dwi Hantoko：构建概念框架及模型验证；Muflih A. Adnan：方法论设计与论文修订；Afif Dwijayanto：系统集成方案设计；Achmad Ferdiansyah Pradana Putra：反应器参数优化；Mohammad M. Hossain：热力学分析与数据挖掘。

Acknowledgements

致谢

感谢沙特国王科技大学(IRC-RAC #INRC 2507)和印尼万隆理工大学(ITB)的国际合作项目支持，为化学工程系在生物质能源领域的跨学科研究提供了重要平台。