蒸气重整轻质生物油催化制氢研究进展

摘要

H_(2)作为一种高能量密度且环境友好型能源而备受关注,目前主要的制氢方法有化石燃料制氢、电解水制氢、生物质制氢等。生物质为碳中性资源,对实现我国“双碳”目标具有推动作用。生物质通过中温热解或水热解制得的生物油具有热值低、酸性强、黏度大等缺点,生物油中轻重组分须分别重整以生产高附加值的产品。生物油的轻质组分相对简单且成本低廉、转化途径经济可行,因此蒸气重整并催化制氢是很有前景的制氢方法。其中,催化剂的选择是影响轻质生物油制氢效率和稳定性最关键因素。综述了近年来基于蒸气重整的轻质生物油催化制氢的研究进展,重点介绍了传统蒸气重整、吸附增强的蒸气重整、自热蒸气重整、化学链蒸气重整和吸附增强的化学链蒸气重整等技术原理,归纳比较了催化剂、CO_(2)吸附剂对制氢性能的影响。传统蒸气重整技术中,相比贵金属催化剂高昂的制氢成本,Ni基催化剂因其低成本和较高制氢性能一直受到青睐,但仍需通过复合活性金属改性等方式改善其易烧结和积碳的缺陷。而吸附增强蒸气重整技术可通过CO_(2)原位吸附一定程度上提高制氢的产率和纯度。类水滑石化合物CO_(2)吸附剂碱性强、比表面积大,但需改性提高CO_(2)吸附温度以适应轻质生物油蒸气重整的温度。碱金属CO_(2)吸附剂稳定性强但成本较高。而CaO吸附剂成本低并在中高温下具有优良的CO_(2)吸附特性,成为最有应用前景的吸附剂之一。自热重整过程结合了蒸气重整与部分氧化制氢的优势,但需消耗O_(2)且易导致催化剂失活。吸附增强的化学链蒸气重整技术是载氧、载热和催化多功能颗粒的化学链路线耦合CO_(2)吸附,将化学链的自热优势以及吸附CO_(2)增强H_(2)产率的优点相结合,具有广泛的应用潜力。但其催化、吸附过程热质流率不匹配、吸附剂碳酸化速率影响催化作用规律等问题需进一步研究解决。