生物油-甲醇在镍基催化剂上的催化转化制氢研究

摘要

氢气不仅是一种重要的化工原料,而且还是一种能源的载体。氢能被认为是21世纪最具有发展潜力的清洁能源之一。目前,氢气的生产主要依赖于石化原料的转化,不仅对环境造成了很大污染,而且也加速了化石燃料的枯竭。在环境污染和能源危机双重压力下,人们渴望寻求可循环、无污染的制氢技术。
　　 生物质能源作为一种清洁的可再生能源,将在未来世界能源结构中占据越来越重要的位置,对于发展低碳技术也具有十分重要的现实意义。在生物质能源利用的多种途径之中,生物质热解液体产物的催化转化制氢已成为生物质能源研究中的热点与重点。
　　 本文首先利用实验室自行研发的生物质快速热解系统制备生物油,研究了生物油的含水量、热值、粘度、pH值等理化特性,通过GC-MS分析了生物油的化学组成。分析结果表明,通过分级冷凝系统得到的一级生物油成分复杂,水分含量为24.21％,较适合提取高附加值化学品或提质改性为高品位燃料；二、三、四级混合生物油成分简单,水分含量为55.54％,较适合催化重整制氢。
　　 本文主要研究了生物油-甲醇混合样品在镍基催化剂上催化转化制氢方面的内容。首先选择了商业催化剂ICI46-1对生物油进行催化转化,再利用正交试验的方法考查了生物油与甲醇混合样品催化转化制氢各反应参数的影响,包括生物油-甲醇混合比例、水碳比、反应温度和进样流速,优化了催化重整制氢的实验条件,建立了催化剂性能评价的一般方法。然后,实验选择镁橄榄石为载体,CeO2、MgO为助剂,依据前一阶段的研究成果制备了一种镍基催化剂,并对其催化性能进行考察。
　　 研究结果表明,采用生物油-甲醇混合样品催化重整制氢,不仅提高了氢气产率与碳转化率,而且可以明显减少催化剂积炭,提高了催化剂的活性与稳定性。通过正交试验得知,甲醇与生物油质量混合比为50％:50％的结果最佳,应用ICI46-1催化剂时氢气产率和碳转化率分别为34.66％及63.02％。合成催化剂6％Ni-3％Ce-1％Mg／olivine催化重整的效果相对于ICI46-1催化剂有所改善,同等实验条件下,碳转化率和氢气产率相对提高,最佳实验条件下碳转化率和氢气产率分别为68.29％和38.52％。