生物油两段式水蒸气催化重整实验研究

发布时间：2020-10-15 06:09

　　 生物油的水蒸气催化重整是具有前景的的生物油应用技术之一。Ni基催化剂由于高活性和成本低于贵金属的特点,被广泛用于生物油重整制氢气或合成气。而目前Ni基催化剂在利用上存在着易积碳失活的缺点,许多科学家从催化剂改性和工艺优化入手,在解决该问题上获得了一定的进展。本文受两段式反应方案启发,提出低温预重整和高温Ni基催化重整结合的两段式水蒸气催化重整生物油方案。低温预重整能够经济节能地提高Ni基催化剂重整生物油的效果。为研究廉价易得的Fe/bio-char预重整催化剂对重整效果的影响及机制,本文设置了Fe/bio-char催化剂和Ni-Ca/γ-Al_2O_3催化剂不同组合方式在不同的预重整温度(350-600℃)下的重整实验,并用紫外荧光分光光度计(UV)和气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)分析重整焦油,用气相色谱仪(GC)对重整气进行定性和定量。另外,为了探究Fe/bio-char预重整对Ni基催化剂的反应活性影响,本文设计了不同催化重整反应后的Ni基催化剂回收再重整实验,并对反应前后的催化剂进行表征。实验结果表明:Fe/bio-char优化了预重整产生的挥发分,将原本挥发分中分子量较大的苯系物、萘系物及多环芳香化合物转化为结构简单、更易重整为气体的呋喃类、酚类及非芳香化合物,从而有效提高下段Ni基催化剂重整的合成气(H_2、CO)产率。预重整温度增加能有效抑制积碳生成。另外,Fe/bio-char在较高预重整温度(550-600℃)下能够抑制Ni基催化剂表面积碳生成。在生物油两段重整反应过程中,Ni基催化剂的催化活性有所提升。其中低预重整温度下回收的Ni基催化剂有更低的焦油和下段积碳产率,更倾向于将生物油催化重整为气态产物。
【学位单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TK6
【部分图文】：

常温常压状态下为有刺鼻气味的深棕色物油的方式，许多学者针对提高热解生物油生物质，高升温速率、短停留时间和适中高生物油产量的热解条件，产率可达 60-7主要包括羧酸、羟基醛、羟基酮、醇类、酯生物油成分来自生物质中的纤维素、半纤物的交互反应。不同生物油具体的基本物理, 11]。生物油中氧含量较高，导致其具有高极不如传统燃油。

如图1-2 所示，增加水碳比能提升生物油转化率。同时，较高的水蒸气分压能够促进水蒸气对积碳的气化作用，抑制含氧化合物热分解，从而减少积碳生成[102]。研究表明，S/C从 1 升高到 6 在不同重整温度下均能够有效提升氢气产率，同时降低固定碳产率。由于被促进的水煤气变化反应（Eq. 1-2）更易在低温下进行，随着 S/C 升高，氢气产率的最大值向低温偏移。在最佳重整温度（600-700℃），S/C=4 被认为是最佳水碳比，因为当 S/C 继续增大

总结出中间产物组分特性影响两段重整产物的机制。还设计了不同催化重整反应后的 Ni 基催化剂回收再重整实验，将实验结果与新制备的 Ni 基催化重整结果进行对比，并对反应前后的催化剂进行程序升温还原和 BET 比表面积测试等表征，探究预重整过程对 Ni 基催化剂重整活性的影响。结合第四章总结出预催化重整在两段式催化重整中发挥的作用。第六章：进一步考察预重整催化剂特性对这一作用效果的影响，分别改变 Fe/bio-char 制备方法和 Fe 负载量制备预重整催化剂，以研究不同活性金属分散度和负载量的Fe/bio-char 催化剂在两段重整中的效果，期待能够为改进 Fe/bio-char 预重整工艺提出指导性意见。第七章：对全文工作和结论进行了归纳，提出现有研究的不足之处，并为下一步的研究方向给出合理的建议。图 1-3 基于实验设计总结了每一章的实验内容和研究目的，梳理出本文的逻辑结构。
【参考文献】

相关期刊论文 前3条

1 张雪辉;陈海生;豆斌林;谭春青;;生物油制备、性质与应用的研究进展[J];化工进展;2011年11期

2 王景华;崔洪友;李志和;易维明;;生物油的性质及其分离研究进展[J];化工进展;2009年12期

3 汪璐;王铁军;张琦;徐莹;常杰;;两段式固定床反应器上生物油水相部分的重整制氢反应[J];化工学报;2009年08期

本文编号：2841809