生物質(zhì)水蒸氣催化重整制富氫合成氣的催化劑制備及性能研究.pdf

1、在日趨嚴(yán)重的能源危機(jī)與環(huán)境污染的背景下,清潔能源氫的開發(fā)和研究受到了廣泛關(guān)注。生物質(zhì)氣化制富氫合成氣是一項(xiàng)富有前景的制氫技術(shù)。我國(guó)城市中的落葉等生物質(zhì)廢棄物數(shù)量巨大。最大程度的利用這部分生物質(zhì)資源,在氣化介質(zhì)的氛圍下,利用催化劑將這部分廢棄生物質(zhì)轉(zhuǎn)化制氫氣,不僅可以緩解環(huán)境壓力,還能創(chuàng)造能源效益。在一般的生物質(zhì)氣化中,產(chǎn)物中氫氣含量較低,并且含有較多的焦油導(dǎo)致生物質(zhì)氣化率較低,限制了氣化產(chǎn)物的進(jìn)一步利用。采用水蒸氣作為氣化介質(zhì)和使用催化

2、劑是提高氫氣含量并降低產(chǎn)焦量的有效方法。Ni基催化劑是對(duì)生物質(zhì)水蒸氣重整具有優(yōu)良催化性能的催化體系之一。
　　 本文以介孔分子篩SBA-15為載體,采用浸漬法制備了Ni質(zhì)量含量為5％-20(wt)％的Ni／SBA—15系列催化劑以及堿土金屬(Mg、Ca、Sr、Ba)和稀土金屬(La、Ce)、過渡金屬(Co)等不同助劑改性后的Ni／SBA-15催化劑。以城市比較普遍的楊樹落葉作為目標(biāo)生物質(zhì),將其破碎成粉末,在常壓固定床反應(yīng)器上考察

3、了溫度、水蒸氣的添加量、Ni含量、生物質(zhì)與催化劑添加比,以及助劑等因素對(duì)楊樹葉生物質(zhì)水蒸氣催化重整制富氫合成氣反應(yīng)性能的影響,采用X射線衍射、N2吸脫附和高分辨透射電鏡對(duì)催化劑的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。
　　 結(jié)果表明:Ni／SBA-15系列催化劑中,Ni在載體SBA-15上分散良好,比表面積、孔徑分布保持較好。Ni含量為12.5wt％時(shí),催化劑性能最好,產(chǎn)氫最多,在反應(yīng)溫度800℃、水蒸氣流量為60 ml.h-1、生物質(zhì)與催化劑質(zhì)量比

4、為5:1的條件下,12.5wt％Ni／SB-15催化劑的氫氣收率為158.50 mlH2／g生物質(zhì),氫氣體積含量達(dá)到31.08％。
　　 對(duì)于M／Ni／SBA—15系列催化劑體系,添加Ca助劑的CaO-Ni／SBA-15催化劑顯示了優(yōu)異的催化性能。CaO含量為7.0wt％時(shí),相同反應(yīng)條件下1g生物質(zhì)更是產(chǎn)生了273.30 ml氫氣,產(chǎn)物中氫氣體積含量達(dá)到54.5％。MgO-Ni／SBA—15催化劑在楊樹葉制氫上同樣表現(xiàn)出了不俗的

5、性能,MgO含量為5.0 wt％時(shí),相同反應(yīng)條件下1g生物質(zhì)更是產(chǎn)生了272.85 ml氫氣,氫氣體積含量達(dá)到57.05％。而CaO、MgO的同時(shí)加入,使得催化劑表現(xiàn)出了更好的產(chǎn)氫性能。MgO含量為5.0 wt％,CaO含量為4.2 wt％時(shí),1g生物質(zhì)更是產(chǎn)生了321.16 ml氫氣,氫氣體積含量超過了60％。
　　 CaO、MgO的添加改變了楊樹葉產(chǎn)物分配,CO含量明顯降低。深入研究表明,CaO在鎳基催化劑上呈高度分散狀態(tài),