《基於生物質含碳官能團選擇性熱解-氧化的協同轉化制氫》是依託東南大學，由肖軍擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於生物質含碳官能團選擇性熱解-氧化的協同轉化制氫
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：肖軍
- 依託單位：東南大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
生物質氣化制氫是生物質熱化學轉化利用的重要途徑之一，也是最具發展前景有望實現大規模生產的一種綠色制氫技術。生物質氣化制氫的產物氣非氫組分多，焦油重整轉化難度大，且易導致催化劑積碳等問題，制約了生物質氣化制氫技術的套用發展。. 本申請基於生物質含碳官能團的選擇性熱解與氧化， 探討生物質熱解過程對含碳官能團在熱解氣、焦油以及焦炭中的分布影響，調控含碳官能團轉化方向，建立含碳官能團轉化分布與生物質熱解過程的構效關係。為了促進焦油的催化氧化，研究製備一種雙功能的催化-氧化複合載氧體，並探討複合載氧體對焦油催化與氧化的協同機理。基於生物質溫和條件下的分級氣化，利用焦炭中的有機碳還原水蒸氣制氫，以獲得高純度的氫；採用雙功能複合載氧體催化—氧化焦油的方法，轉化消除焦油並為焦炭氣化供熱，為生物質氣化制氫提出了一種新的方法。
結題摘要
生物質氣化制氫是最具發展前景的一種綠色制氫技術，但是生物質氣化產物中存在的焦油轉化難度大，制約了生物質氣化制氫技術的套用發展。本課題首先開展了生物質熱解過程與半焦氣化反應參數對焦炭氣化制氫的影響規律，研究獲得了有利於焦炭氣化的熱解條件。熱解溫度650℃左右形成的半焦有利於水蒸氣氣化反應的進行。原因是由於其疏鬆、破裂的表面形貌、被破壞的芳香晶片結構，以及適宜的鹼金屬含量和保留的多種含H、O官能團。其次，探討了不同金屬氧化物/催化劑種類與放置方式對生物質熱解制氣產物分布的影響規律，揭示了有利於生物質分級氣化過程中熱解焦油轉化的操作方案和參數。原位/異位催化熱解-重整的三相產物分布比較表明，分級氣化過程中，催化劑更適宜裝載在二級反應器中，異位催化熱解不僅有利於焦油轉化，提高小分子氣體產物，而且有利於操作參數的最佳化，以及後續固相產物焦炭的利用；此外異位通水更有利於生物質熱解氣轉化為小分子氣體。 以此為基礎，研究製備了催化焦油水蒸氣重整的鹼金屬鉀改性Ni基催化劑與催化焦油低溫氧化的雙功能Cu-Mn-Ce複合氧化物催化劑。開展了生物質熱解氣線上催化水蒸氣重整與生物質焦油的催化氧化試驗研究。水蒸氣催化重整焦油模化物苯的穩定性研究揭示了催化劑表面的高有序化積炭與水蒸氣的氧化很可能是影響催化劑穩定性的主要原因。催化焦油低溫氧化實驗表明，雙金屬Cu-Mn中添加CeO2，不僅增加了活性金屬的分散度並增強了催化劑的穩定性。催化劑表征與機理分析闡明，苯的催化氧化符合MVK機理，催化劑中CuO-MnO與CeO2的配比關係將顯著影響氧化還原反應的控制步驟。 通過模擬研究，進行了不同分級轉化制氫系統的熱力性能比較，探討了系統構成與過程參數對生物質分級氣化制氫熱力性能影響規律及過程最佳化。闡明了有效利用生物質中的氫元素來制氫更有利於提高系統的熱力性能。
