生物油水蒸汽催化重整制氫研究.pdf

1、氫是理想的載能體，是用于燃料電池和內(nèi)燃機的理想清潔燃料。然而，從化石燃料中提取氫不僅會帶來環(huán)境污染，而且化石燃料的儲備正在消耗殆盡。開發(fā)可再生清潔能源—生物質(zhì)能源，對中國能源結(jié)構(gòu)調(diào)整，減少溫室氣體排放，保護生態(tài)環(huán)境將發(fā)揮巨大作用。然而，生物質(zhì)的高度分散性和較低的能量密度決定了它的高運輸成本和經(jīng)濟可行性，而通過生物質(zhì)快速裂解制得的生物油代表了一種具有較高能量密度的原料，它可以較容易分散制取，然后集中制取氫氣，以生物油為原料制取氫氣為生物油

2、的利用提供了一條新的途徑。本論文對生物油水蒸汽催化重整制氫進行了催化劑的選擇、制備，對生物油的熱解特性，熱動力學進行了分析，對生物油模型物及生物油進行了催化重整制氫的工藝條件、基本規(guī)律、催化機理的研究。
　　以廉價Ni過渡金屬為催化劑的活性組分，載體主體為海泡石，添加助劑MgO或MoO3，用浸漬法制備一系列Ni基催化劑Ni/Sepiolite，Ni/MgO-Sepiolite，Ni/Mo-Sepiolite，Ni/Mo-MgO-S

3、epiolite，獲得催化劑制備的最佳條件，并對催化劑進行XRD、XPS、BET、SEM、TG/DTG表征。
　　在空氣氣氛下采用熱重分析法對固定床反應器中生物油水溶性組分的熱解特性進行對比研究，利用Achar-Brindley-Sharp-Wendworth(Achar)微分法和Coats-Redfern(Coats)積分法結(jié)合的方式進行動力學分析，計算了揮發(fā)和熱分解的活化能、反應級數(shù)和動力學參數(shù)，確定了機理函數(shù)并建立了熱解動力

4、學模型。結(jié)果表明生物油水溶性組分的熱解可分為三個階段，即輕組分揮發(fā)、重組分裂解和焦炭燃燒，熱解段生物油水溶性組分活化能較揮發(fā)段的活化能降低了很多;揮發(fā)段采用一級反應模型來模擬生物油水溶性組分的熱分解，而熱解段采用二級模型表示熱解反應;第一階段揮發(fā)段反應級數(shù)近似為一級，第二階段熱解段反應級數(shù)近似為二級，兩階段的相關(guān)系數(shù)表明反應級數(shù)具有較好的線性相關(guān)度。
　　選擇乙酸、丙三醇、苯酚、糠醛作為生物油模型物，以改性海泡石Ni/Mo-MgO

5、-Sepiolite作為催化劑，進行乙酸、丙三醇、苯酚、糠醛水蒸汽重整制氫，獲得制氫的基本規(guī)律，優(yōu)化了反應條件，比較了各種催化劑的催化性能。
　　選擇生物油為原料，在固定床反應器中進行水蒸汽催化重整制氫，考察了反應溫度、進料的水碳摩爾比、進料空速、反應器催化長度對生物油水蒸汽催化重整制氫的影響。用浸漬法制各了鎳、鉬改性的海泡石催化劑，考察了改性海泡石催化活性對重整制氫的影響，海泡石酸化前后的催化效應，結(jié)果表明:用酸化后的海泡石改性

6、的催化劑催化重整得到的氫產(chǎn)率67.5％，而用未酸化的海泡石改性后的催化劑催化重整得到的氫產(chǎn)率僅46.2％。
　　選擇乙酸、丙酮、丙三醇、苯酚、糠醛配成的混合物作為生物油模型物，用吉布斯自由能最小化法對其水蒸汽催化重整制氫過程進行熱力學分析，考察了反應溫度、碳水比(C/H2O)、進料流量對平衡時氣體產(chǎn)物的影響，并建立了數(shù)學模型。
　　對改性海泡石的催化活性進行了研究，酸化后的海泡石經(jīng)過鎳鉬改性后，提高了原海泡石品位，使之更具有