煤焦在甲烷水蒸氣重整反應中的構效關係與制氫機理

《煤焦在甲烷水蒸氣重整反應中的構效關係與制氫機理》是依託西北大學，由張建波擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：煤焦在甲烷水蒸氣重整反應中的構效關係與制氫機理
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：張建波
• 依託單位：西北大學

項目摘要

蘭炭又稱為煤熱解半焦（簡稱為煤焦），已成為我國陝北、內蒙等地區的一項重要產業，目前面臨著產能過剩、亟需高值化轉化與利用的挑戰。氫氣是目前唯一能夠提供既沒有溫室效應、也沒有污染威脅的高質量生活的清潔能源。為實現煤焦的高值化利用、製取清潔的氫能源，本項目擬構建甲烷水蒸氣重整與煤焦催化氣化兩個工藝的協同作用機制，強化煤焦的氣化反應性、實現氫氣收率的定向提高並聯產活性炭的目的。擬通過對工藝過程的拆解、煤焦改性產品成分與結構的組裝兩種手段，系統研究煤焦及其改性產品的成分與結構對其催化活性、產氫性能、活性炭產品結構的影響規律，建立定量的構效關係。通過研究煤焦及其改性產品在水蒸氣氣化與催化甲烷轉化兩種工藝過程中的巨觀反應性能及微觀結構特徵，解明制氫聯產活性炭的機理。本項目的實施不僅對煤焦的轉化利用、甲烷轉化制氫聯產活性炭工藝具有重要的科學意義，還可為新型催化劑的設計製備提供理論指導。

結題摘要

煤焦（局部地區稱為蘭炭）是煤炭中低溫熱解後產生的主要固態產物，它已成為我國陝北、內蒙等地區的一項重要產業，目前面臨著產能過剩、亟需高值化轉化與利用的挑戰。氫氣是目前為數不多的清潔、高效能源，而甲烷轉化制氫是一種重要的制氫路徑。為實現煤焦的高值化利用、製取清潔的氫能源，本項目研究中設計製備了煤焦改性產品（包括煤焦負載Ni、K2CO3等單組分或複合組分的催化劑），考察了它們在水蒸氣氣化反應、甲烷裂解反應、甲烷水蒸氣重整反應中催化制氫反應性能；通過設計與構建煤焦改性產品各成分或活性中心之間的協同作用機制，強化了其作為催化劑時的反應活性，實現了氫氣收率的定向提高並聯產多孔炭（或活性炭）的目的；通過系統研究煤焦及其改性產品的成分與結構對其催化活性、產氫性能、多孔炭產品結構的影響規律，建立了定量的構效關係，解明了制氫聯產多孔炭的機理。本項目的實施不僅對煤焦的轉化利用、甲烷轉化制氫聯產多孔炭工藝具有重要的科學意義，還可為新型催化劑的設計製備提供理論指導。相關成果在本領域國際學術期刊上發表SCI論文11篇，申請發明專利9件（現已獲得授權7件）。