【摘要】：目前,隨著國際社會對環(huán)保問題的高度關(guān)注,開發(fā)可再生的綠色氫能己成為全球熱點課題之一。本論文包括兩方面研究內(nèi)容:(1)針對現(xiàn)有生物質(zhì)氣化或蒸汽重整技術(shù)中氫氣產(chǎn)率低、難以制備高純氫等問題,提出并實現(xiàn)了木質(zhì)纖維素生物質(zhì)催化重整與水煤氣變換耦合制備高純氫的新途徑,研究了木質(zhì)纖維素生物質(zhì)及其三種組元(木質(zhì)素、纖維素、半纖維素)催化重整過程。(2)實現(xiàn)了生物油催化重整與水煤氣變換耦合制備高純氫的新方法,研究了生物油及其相關(guān)模型化合物催化重整過程以及催化重整與水煤氣變換反應(yīng)耦合過程。一、木質(zhì)纖維素生物質(zhì)催化重整與水煤氣變換耦合制備高純氫研究木質(zhì)纖維素生物質(zhì)制備高純氫研究主要分四個反應(yīng)步驟:(1)木質(zhì)纖維生物質(zhì)催化裂解形成中間有機(jī)物;(2)中間有機(jī)物催化重整制備富氫氣體;(3)富氫氣體通過水煤氣變化反應(yīng)將CO完全轉(zhuǎn)化為H2和CO2;(4)利用二氧化碳吸附劑除去CO2得到高純氫氣。主要創(chuàng)新成果如下:1、木質(zhì)纖維素生物質(zhì)三組元催化重整研究選用NiLaTiAl作為催化劑,以不同的木質(zhì)纖維生物質(zhì)三組元(纖維素,半纖維素,木質(zhì)素)為原料,研究了木質(zhì)纖維生物質(zhì)三組元的催化重整過程。深入研究了 NiLaTiAl催化劑在不同的溫度條件下生物質(zhì)原料的催化重整行為。在優(yōu)化條件下(TSR=800℃,水蒸汽與生物質(zhì)摩爾比S/B=10,催化劑與生物質(zhì)原料質(zhì)量比5),木質(zhì)素催化重整得到的氫氣的產(chǎn)率達(dá)到最大14.0gH2/(100gbiomass)。同時探討了溫度對于蒸汽重整反應(yīng)以及氣體產(chǎn)物分布的影響。2、木質(zhì)纖維素生物質(zhì)催化重整與水煤氣變換反應(yīng)耦合制氫研究選用NiLaTiAl作為重整反應(yīng)催化劑,CuZnAl作為水煤氣變換反應(yīng)催化劑,研究了不同木質(zhì)纖維素生物質(zhì)及其組元制備氫氣的過程。深入研究了在高溫和低溫條件下,不同木質(zhì)纖維生物質(zhì)制取氫氣的差異性。在蒸汽重整溫度TSR=800℃和水煤氣變換溫度TWGS=250℃的條件下,木質(zhì)素通過蒸汽重整與水煤氣變換耦合得到的氫氣產(chǎn)率最大16.6 gH2/(100 gbiomass)。研究了水煤氣變換反應(yīng)的溫度對于耦合過程制氫的影響,獲得了蒸汽重整和水煤氣變換反應(yīng)的最優(yōu)條件。3、木質(zhì)纖維素生物質(zhì)制取高純氫的反應(yīng)機(jī)理研究以生物質(zhì)三組元(纖維素,半纖維素,木質(zhì)素)為原料,研究了生物質(zhì)三組元制取高純氫的反應(yīng)機(jī)理。研究發(fā)現(xiàn),由于生物質(zhì)三組元熱解產(chǎn)生的有機(jī)中間體不同,導(dǎo)致其氫氣產(chǎn)率也存在巨大的差異。木質(zhì)素?zé)峤庵饕纬杉籽趸雍推渌宇惢衔铩＠w維素?zé)峤獾闹饕a(chǎn)物是脫水糖,呋喃,二羥基丙酮和甘油醛等。半纖維素?zé)峤庵饕a(chǎn)物是糠醛,乙酸,醇和酮等。此外,還研究了木質(zhì)纖維生物質(zhì)中C,H,O元素含量以及木質(zhì)素含量對于耦合過程制氫的影響。二、生物油及其模型物催化重整與水煤氣變換耦合制備高純氫研究以不同的生物油(包括粗生物油,輕質(zhì)油,重質(zhì)油和水洗油)及其模型物(甲醇,乙酸,丙酮,糠醛,葡萄糖,呋喃,苯酚)為原料制備高純氫,研究的主要創(chuàng)新成果如下:1、生物油催化重整和水煤氣變換耦合研究以不同的生物油為原料,研究了生物油催化重整和水煤氣變化耦合與催化重整過程。探討了重整溫度對于生物油制取氫氣的產(chǎn)率及產(chǎn)物分布的影響。研究發(fā)現(xiàn)在低溫條件下(TSR = 400℃,S/C-10,WHSV=1.0h-1),不同生物油重整制氫的產(chǎn)率順序依次為:重質(zhì)生物油粗生物油水洗生物油輕質(zhì)生物油。研究了溫度對于生物油催化重整制備氫氣的重要影響。發(fā)現(xiàn)了催化劑穩(wěn)定性與積碳之間的關(guān)聯(lián),探討了催化劑失活的原因。2、生物油模型物重整制氫研究選用NiLaTiAl作為催化劑,以生物油模型物(甲醇,乙酸,丙酮,糠醛,葡萄糖,呋喃,苯酚)為原料,研究了生物油模型物催化重整制氫的過程。研究發(fā)現(xiàn),在低溫重整過程中(TSR=500℃,S/C=6),苯酚,呋喃和葡萄糖的轉(zhuǎn)化率和氫氣收率明顯低于其它類型化合物(如乙酸,甲醇,丙酮和糠醛等)。而對于高溫重整過程(TSR=800℃,S/C=6),所有的生物油模型化合物幾乎完全轉(zhuǎn)化。此外,研究了生物油組分中含有的不同模型物對于重整制氫的影響。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TQ426;TQ116.2
【圖文】：

圖１．１鼓泡流化床反應(yīng)器逡逑器逡逑具有高熱量的傳輸速率和較短的蒸生物油的另一個較好的選擇。流化床而使其反應(yīng)裝置更加復(fù)雜。這些熱砂體運輸己經(jīng)在煉油廠催化裂化裝置中在循環(huán)床快速熱處理（ＲＴＰ）己被廣床的各種系統(tǒng)設(shè)計己經(jīng)被開發(fā)，不同早期的反應(yīng)單元是一個單一的加熱反集作為副產(chǎn)品，系統(tǒng)提供的熱量一的物料顆粒必須均勻，并且其粒徑甚顆粒停留時間為２ｓ至３ｓ的鼓泡流

ｐｌａｔｅ逡逑ＦＫａ＜ｉ＾ｍｇｇａｓ逡逑圖１．１鼓泡流化床反應(yīng)器逡逑循環(huán)流化床反應(yīng)器逡逑由于循環(huán)流化床具有高熱量的傳輸速率和較短的蒸汽停留時間使得其成為逡逑快速裂解生物質(zhì)制取生物油的另一個較好的選擇。流化床反應(yīng)器由于有大量的砂逡逑子作為流化介質(zhì)，從而使其反應(yīng)裝置更加復(fù)雜。這些熱砂會在燃燒室和熱解爐之逡逑間循環(huán)流動。這種固體運輸己經(jīng)在煉油廠催化裂化裝置中實踐多年，并在商業(yè)應(yīng)逡逑用中得到了證明�，F(xiàn)在循環(huán)床快速熱處理（ＲＴＰ）己被廣泛應(yīng)用于生物質(zhì)熱解技逡逑術(shù)。此外，循環(huán)流化床的各種系統(tǒng)設(shè)計己經(jīng)被開發(fā)，不同系統(tǒng)間最重要的區(qū)別在逡逑于提供熱量的方法。早期的反應(yīng)單元是一個單一的加熱反應(yīng)器，旋風(fēng)分離器和豎逡逑管配置，其中炭被收集作為副產(chǎn)品，系統(tǒng)提供的熱量一部分來自積碳的燃燒。逡逑用于循環(huán)床系統(tǒng)的物料顆粒必須均勻，并且其粒徑甚至要小于鼓泡流化床中逡逑的顆粒大小。與平均顆粒停留時間為２ｓ至３ｓ的鼓泡流化床相比，循環(huán)床反應(yīng)器逡逑中顆粒在高溫下的停留時間只有０．５－ｌ．Ｏｓ。對于顆粒比較大的物料

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本文編號：2737038