生物质衍生物吸附增强式重整制氢研究

摘要

氢燃料电池由于其自身独特的优势受到人们的重点关注。对于车载氢燃料电池，由于受到储氢系统的制约，仍未大规模的应用。针对此问题，研究人员提出了使用液体燃料直接重整为车载燃料电池供氢的解决方案。乙醇、甘油和乙酸等生物质衍生物具有可再生和低碳链的特点，适合作为燃料电池车的燃料。在重整制氢的过程中，通过加入CO2吸附剂，能有效的提高H2的产率和浓度
　　在本论文的工作中，以浸渍法制备了Ni/γ-Al2O3催化剂，并考察了不同温度下使用Ni/γ-Al2O3催化剂的乙醇、甘油和乙酸重整反应。从H2产率、浓度以及制氢温度等方面进行分析，结果表明600℃最有利于制备高浓度的H2。
　　对于CaO、NiCa、Co-NiCa和Fe-NiCa，称取适量的乙酸钙、柠檬酸、硝酸镍、硝酸钴和硝酸铁溶解于蒸馏水中，并通过干燥、焙烧、破碎和筛分制备得到24～50目(0.300～0.701 mm)的颗粒。用XRD、SEM对四种试样进行了表征，同时考察600℃下使用CaO、NiCa、Co-NiCa和Fe-NiCa的吸附增强式重整反应。结果表明:在水蒸气重整反应和氧化重整反应中加入CaO后，乙醇、甘油和乙酸的吸附增强式重整反应产物中CO的含量均明显下降，CH4的含量均显著提高。由于含Ni钙基双功能颗粒对Al2O3酸性位影响的消除，三种物料的吸附增强式水蒸气重整反应传统重整阶段产物中CO的含量进一步降低。在NiCa中掺杂Co或Fe后，乙醇、甘油和乙酸的吸附增强式水蒸气重整反应的H2浓度升高，并有抑制甲烷化反应的作用;在吸附增强式氧化重整反应中，Fe的掺杂同样有抑制甲烷化反应的作用。SEM检测结果表明Co和Fe的掺杂有效的改善了NiCa的烧结现象。
　　通过本课题的研究，明确了使用Ni/γ-Al2O3催化剂的重整反应的最佳制氢温度，并将CaO、NiCa、Co-NiCa和Fe-NiCa用于重整反应，取得了理想的结果。在600℃时，乙醇、甘油和乙酸吸附增强式水蒸气重整反应最有利于制备高浓度的H2(＞93％)。

目录

声明

摘要

主要符号表

1 绪论

1．1 氢能及车载氢燃料电池

1．2 生物质衍生物

1．2．1 乙醇

1．2．2 甘油

1．2．3 乙酸

1．3 重整制氢

1．3．1 乙醇重整制氢

1．3．2 甘油重整制氢

1．3．3 乙酸重整制氢

1．4 吸附增强式重整制氢与CO2吸附剂

1．4．1 吸附增强式重整制氢

1．4．2 钙基吸附剂

1．5 双功能颗粒

1．6 论文的研究内容和目的

2 实验部分

2．1 颗粒制备

2．1．1 实验原料及设备

2．1．2 Ni／γ-Al2O3催化剂的制备

2．1．3 CaO吸附剂的制备

2．1．4 双功能颗粒的制备

2．2 CaO与双功能颗粒表征

2．2．1 物相组成测定(XRD)

2．2．2 扫描电镜(SEM)

2．3 实验系统与实验条件

2．4 反应性能评价

3 生物质衍生物重整制氢的研究

3．1 水蒸气重整制氢的研究

3．2 氧化重整制氢的研究

4 CaO吸附增强式重整制氢的研究

4．1 CaO与双功能颗粒表征及CO2吸附性能分析

4．1．1 XRD分析

4．1．2 SEM分析

4．2 吸附增强式水蒸气重整制氢

4．2．1 吸附增强式乙醇水蒸气重整制氢

4．2．2 吸附增强式甘油水蒸气重整制氢

4．2．3 吸附增强式乙酸水蒸气重整制氢

4．3 吸附增强式氧化重整制氢

4．3．1 吸附增强式乙醇氧化重整制氢

4．3．2 吸附增强式甘油氧化重整制氢

4．3．3 吸附增强式乙酸氧化重整制氢

5 含Ni钙基双功能颗粒吸附增强式重整制氢的研究

5．1 吸附增强式水蒸气重整制氢

5．1．1 吸附增强式乙醇水蒸气重整制氢

5．1．2 吸附增强式甘油水蒸气重整制氢

5．1．3 吸附增强式乙酸水蒸气重整制氢

5．2 吸附增强式氧化重整制氢

5．2．1 吸附增强式乙醇氧化重整制氢

5．2．2 吸附增强式甘油氧化重整制氢

5．2．3 吸附增强式乙酸氧化重整制氢

6 Co、Fe改性双功能颗粒吸附增强式重整制氢的研究

6．1 吸附增强式水蒸气重整制氢

6．1．1 吸附增强式乙醇水蒸气重整制氢

6．1．2 吸附增强式甘油水蒸气重整制氢

6．1．3 吸附增强式乙酸水蒸气重整制氢

6．2 吸附增强式氧化重整制氢

6．2．1 吸附增强式乙醇氧化重整制氢

6．2．2 吸附增强式甘油氧化重整制氢

6．2．3 吸附增强式乙酸氧化重整制氢

7 结论与展望

7．1 全文结论

7．2 展望

致谢

参考文献

附录 攻读硕士学位期间发表的论文和申请专利的情况