本文關(guān)鍵詞：銅渣催化劑催化生物油重整制氧的實驗研究

  更多相關(guān)文章： 銅渣 小桐子油 水蒸氣重整 動力學(xué) 積炭

【摘要】：近年來,由于化石能源的逐漸開采所帶來的資源枯竭和環(huán)境保護等問題日益嚴(yán)重,因此開發(fā)可再生清潔能源受到了人們的密切關(guān)注。作為煤、石油、天然氣之后第4位的生物質(zhì)能源因其低硫、零碳排放受到了研究者們越來越多的關(guān)注,作為生物質(zhì)能源的一種,小桐子油因其密度大,方便運輸和易于儲藏等優(yōu)點逐漸朝著產(chǎn)業(yè)化的方向發(fā)展。目前,小桐子油甲酯化制備生物柴油和替代石化柴油應(yīng)用于冶煉爐作為燃油和碳質(zhì)還原劑是主要的研究方向,但是對其氣化制氫的研究較少。銅渣作為銅冶煉的副產(chǎn)品,大量的有價金屬和余熱沒有得到很好地利用,鑒于此,本文通過銅渣催化小桐子油蒸汽重整制氫實現(xiàn)可再生資源的高效利用,對節(jié)約資源、保護環(huán)境意義重大。首先利用熱重分析小桐子油熱解過程,結(jié)合小桐子油TG/DTG曲線,采用Coats-Redfern法對不同升溫速率下的小桐子油熱解過程進行動力學(xué)分析,得出三維擴散模型Z-L-T方程式是最概然機理函數(shù),該函數(shù)的微分形式為積分形式為[(1一a)-3一1]2,計算出小桐子油的熱解階段的活化能大致為294.14～349.47kJ/mol。其次在固定床反應(yīng)器進行銅渣催化劑催化小桐子油蒸汽重整制氫的實驗研究。得出最佳的反應(yīng)條件為：反應(yīng)溫度為1050℃,質(zhì)量空速為4.3h-1,水碳比為3.5,催化劑的質(zhì)量為0.5g,在最佳實驗條件下碳的選擇性達(dá)到了88%,H2產(chǎn)率達(dá)到了52.4%。然后對銅渣組分中的催化活性位進行驗證,由于銅渣的主要成分是鐵橄欖石(Fe2SiO4),經(jīng)過煅燒之后主要成分是氧化鐵和二氧化硅,比較銅渣、煅燒銅渣和氧化鐵催化劑催化小桐子油蒸汽重整的催化活性。在相同的反應(yīng)條件下,銅渣、煅燒銅渣和氧化鐵催化反應(yīng)的氫氣產(chǎn)率分別為21.5%、34.2%、41.3%,對催化劑進行了SEM. TEM/EDS、H2-TPR等檢測,觀察到煅燒銅渣催化活性位分散度更高、更不容易失活,相比于氧化鐵,在相同質(zhì)量空速下長時間的催化實驗催化效果更好,反應(yīng)10h后氫氣產(chǎn)率由最初的32.7%增加至37.8%,而氧化鐵催化的氫氣產(chǎn)率則由40.2%下降至36.8%。最后對銅渣催化劑催化小桐子油蒸汽重整制氫的積炭過程和液體產(chǎn)物成分進行分析。研究發(fā)現(xiàn)積炭過程主要是有機物或含碳?xì)怏w裂解,消炭過程主要是焦炭和水蒸氣發(fā)生水煤氣反應(yīng),催化過程中積炭和消炭同時存在,是一個復(fù)雜的競爭過程。對不同反應(yīng)溫度后的液體產(chǎn)物進行紅外分析研究存在官能團的變化,當(dāng)反應(yīng)溫度在300℃以下時小桐子油沒有發(fā)生反應(yīng),當(dāng)反應(yīng)溫度為300～400℃時,酯基(R1COOR2)發(fā)生斷鍵生成了酮基(RCOR'),醛基(CHO)和羧基(COOH),當(dāng)反應(yīng)溫度為400～500℃時,酮基(RCOR'),醛基(CHO)和羧基(COOH)發(fā)生了斷鍵,當(dāng)反應(yīng)溫度大于500℃時,所有的官能團都發(fā)生了斷鍵,產(chǎn)生了小分子的氣體。本文通過銅渣催化小桐子油蒸汽重整的實驗研究和理論分析,確定了小桐子油的裂解機理和銅渣催化反應(yīng)的最優(yōu)的工藝條件及催化活性位,為銅渣催化小桐子油蒸汽重整制氫工業(yè)化提供一定的理論指導(dǎo)。
【關(guān)鍵詞】：銅渣 小桐子油 水蒸氣重整 動力學(xué) 積炭
【學(xué)位授予單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ116.2
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 緒論12-30
• 1.1 選題的背景及意義12-13
• 1.2 生物質(zhì)能源13
• 1.3 生物質(zhì)燃油13-19
• 1.3.1 植物油脂制取技術(shù)及研究進展14-16
• 1.3.2 生物質(zhì)裂解油16-19
• 1.4 生物油制氫技術(shù)研究進展19-26
• 1.4.1 氫氣的研究及利用現(xiàn)狀19-20
• 1.4.2 反應(yīng)機理研究20-21
• 1.4.3 生物油制氫研究21-24
• 1.4.4 生物油模擬物制氫研究24-26
• 1.5 催化劑研究26-27
• 1.6 積炭研究27-28
• 1.7 本課題研究的主要內(nèi)容28-30
• 第二章 小桐子油裂解機理研究30-38
• 2.1 小桐子油30
• 2.2 小桐子油成分分析30-33
• 2.2.1 小桐子種子和小桐子油物理性質(zhì)30-31
• 2.2.2 小桐子油脂肪酸分析31-32
• 2.2.3 小桐子油的理化特性指標(biāo)32-33
• 2.3 小桐子油裂解動力學(xué)分析33-36
• 2.4 小結(jié)36-38
• 第三章 銅渣催化劑催化小桐子油蒸汽重整制氫的實驗研究38-54
• 3.1 引言38
• 3.2 實驗材料和催化劑38-40
• 3.3 催化劑的表征40-41
• 3.3.1 H_2-TPR表征40
• 3.3.2 BET表征40
• 3.3.3 XRD表征40-41
• 3.3.4 SEM/EDS表征41
• 3.4 實驗部分41-42
• 3.4.1 實驗裝置和實驗方法41-42
• 3.4.2 氣體的采集與分析42
• 3.5 數(shù)據(jù)分析42-43
• 3.6 結(jié)果與討論43-50
• 3.6.1 溫度對實驗結(jié)果的影響43-46
• 3.6.2 WHSV對實驗結(jié)果的影響46-48
• 3.6.3 S/C對實驗結(jié)果的影響48-50
• 3.7 催化劑檢測分析50-52
• 3.7.1 H_2-TPR分析50
• 3.7.2 SEM/EDS分析50-52
• 3.8 小結(jié)52-54
• 第四章 銅渣催化小桐子油蒸汽重整反應(yīng)中的催化活性研究54-64
• 4.1 引言54
• 4.2 實驗部分54-55
• 4.2.1 催化劑制備54-55
• 4.2.2 催化劑的活性評價55
• 4.2.3 催化劑的表征55
• 4.3 結(jié)果與討論55-61
• 4.3.1 催化劑的結(jié)構(gòu)表征55-56
• 4.3.2 催化劑的活性評價56-59
• 4.3.2.1 氧化鐵催化劑和銅渣催化劑的催化活性比較56-57
• 4.3.2.2 反應(yīng)溫度對催化活性的影響57-58
• 4.3.2.3 反應(yīng)時間對催化活性的影響58-59
• 4.3.3 催化劑的H_2-TPR結(jié)果59-60
• 4.3.4 催化劑的SEM結(jié)果60
• 4.3.5 催化劑的TEM/EDS結(jié)果60-61
• 4.4 小結(jié)61-64
• 第五章 銅渣催化小桐子油蒸汽重整制氫的積炭分析64-72
• 5.1 引言64
• 5.2 積炭過程的討論64-66
• 5.3 催化劑積炭量的討論66-68
• 5.4 小桐子油斷鍵的分析68-69
• 5.5 小結(jié)69-72
• 第六章 結(jié)論與展望72-76
• 6.1 總結(jié)72-73
• 6.2 論文特色及創(chuàng)新點73
• 6.3 研究展望73-76
• 致謝76-78
• 參考文獻78-84
• 附錄84
• 攻讀碩士期間完成的論文84
• 在讀期間參與的科研項目84

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本文編號：585255