【摘要】：目前,隨著國際社會對環(huán)保問題的高度關注,開發(fā)可再生的綠色氫能己成為全球熱點課題之一。本論文包括兩方面研究內容:(1)針對現有生物質氣化或蒸汽重整技術中氫氣產率低、難以制備高純氫等問題,提出并實現了木質纖維素生物質催化重整與水煤氣變換耦合制備高純氫的新途徑,研究了木質纖維素生物質及其三種組元(木質素、纖維素、半纖維素)催化重整過程。(2)實現了生物油催化重整與水煤氣變換耦合制備高純氫的新方法,研究了生物油及其相關模型化合物催化重整過程以及催化重整與水煤氣變換反應耦合過程。一、木質纖維素生物質催化重整與水煤氣變換耦合制備高純氫研究木質纖維素生物質制備高純氫研究主要分四個反應步驟:(1)木質纖維生物質催化裂解形成中間有機物;(2)中間有機物催化重整制備富氫氣體;(3)富氫氣體通過水煤氣變化反應將CO完全轉化為H2和CO2;(4)利用二氧化碳吸附劑除去CO2得到高純氫氣。主要創(chuàng)新成果如下:1、木質纖維素生物質三組元催化重整研究選用NiLaTiAl作為催化劑,以不同的木質纖維生物質三組元(纖維素,半纖維素,木質素)為原料,研究了木質纖維生物質三組元的催化重整過程。深入研究了 NiLaTiAl催化劑在不同的溫度條件下生物質原料的催化重整行為。在優(yōu)化條件下(TSR=800℃,水蒸汽與生物質摩爾比S/B=10,催化劑與生物質原料質量比5),木質素催化重整得到的氫氣的產率達到最大14.0gH2/(100gbiomass)。同時探討了溫度對于蒸汽重整反應以及氣體產物分布的影響。2、木質纖維素生物質催化重整與水煤氣變換反應耦合制氫研究選用NiLaTiAl作為重整反應催化劑,CuZnAl作為水煤氣變換反應催化劑,研究了不同木質纖維素生物質及其組元制備氫氣的過程。深入研究了在高溫和低溫條件下,不同木質纖維生物質制取氫氣的差異性。在蒸汽重整溫度TSR=800℃和水煤氣變換溫度TWGS=250℃的條件下,木質素通過蒸汽重整與水煤氣變換耦合得到的氫氣產率最大16.6 gH2/(100 gbiomass)。研究了水煤氣變換反應的溫度對于耦合過程制氫的影響,獲得了蒸汽重整和水煤氣變換反應的最優(yōu)條件。3、木質纖維素生物質制取高純氫的反應機理研究以生物質三組元(纖維素,半纖維素,木質素)為原料,研究了生物質三組元制取高純氫的反應機理。研究發(fā)現,由于生物質三組元熱解產生的有機中間體不同,導致其氫氣產率也存在巨大的差異。木質素熱解主要形成甲氧基酚和其它酚類化合物。纖維素熱解的主要產物是脫水糖,呋喃,二羥基丙酮和甘油醛等。半纖維素熱解主要產物是糠醛,乙酸,醇和酮等。此外,還研究了木質纖維生物質中C,H,O元素含量以及木質素含量對于耦合過程制氫的影響。二、生物油及其模型物催化重整與水煤氣變換耦合制備高純氫研究以不同的生物油(包括粗生物油,輕質油,重質油和水洗油)及其模型物(甲醇,乙酸,丙酮,糠醛,葡萄糖,呋喃,苯酚)為原料制備高純氫,研究的主要創(chuàng)新成果如下:1、生物油催化重整和水煤氣變換耦合研究以不同的生物油為原料,研究了生物油催化重整和水煤氣變化耦合與催化重整過程。探討了重整溫度對于生物油制取氫氣的產率及產物分布的影響。研究發(fā)現在低溫條件下(TSR = 400℃,S/C-10,WHSV=1.0h-1),不同生物油重整制氫的產率順序依次為:重質生物油粗生物油水洗生物油輕質生物油。研究了溫度對于生物油催化重整制備氫氣的重要影響。發(fā)現了催化劑穩(wěn)定性與積碳之間的關聯,探討了催化劑失活的原因。2、生物油模型物重整制氫研究選用NiLaTiAl作為催化劑,以生物油模型物(甲醇,乙酸,丙酮,糠醛,葡萄糖,呋喃,苯酚)為原料,研究了生物油模型物催化重整制氫的過程。研究發(fā)現,在低溫重整過程中(TSR=500℃,S/C=6),苯酚,呋喃和葡萄糖的轉化率和氫氣收率明顯低于其它類型化合物(如乙酸,甲醇,丙酮和糠醛等)。而對于高溫重整過程(TSR=800℃,S/C=6),所有的生物油模型化合物幾乎完全轉化。此外,研究了生物油組分中含有的不同模型物對于重整制氫的影響。
【學位授予單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TQ426;TQ116.2
【圖文】：

圖１．１鼓泡流化床反應器逡逑器逡逑具有高熱量的傳輸速率和較短的蒸生物油的另一個較好的選擇。流化床而使其反應裝置更加復雜。這些熱砂體運輸己經在煉油廠催化裂化裝置中在循環(huán)床快速熱處理（ＲＴＰ）己被廣床的各種系統(tǒng)設計己經被開發(fā)，不同早期的反應單元是一個單一的加熱反集作為副產品，系統(tǒng)提供的熱量一的物料顆粒必須均勻，并且其粒徑甚顆粒停留時間為２ｓ至３ｓ的鼓泡流

ｐｌａｔｅ逡逑ＦＫａ＜ｉ＾ｍｇｇａｓ逡逑圖１．１鼓泡流化床反應器逡逑循環(huán)流化床反應器逡逑由于循環(huán)流化床具有高熱量的傳輸速率和較短的蒸汽停留時間使得其成為逡逑快速裂解生物質制取生物油的另一個較好的選擇。流化床反應器由于有大量的砂逡逑子作為流化介質，從而使其反應裝置更加復雜。這些熱砂會在燃燒室和熱解爐之逡逑間循環(huán)流動。這種固體運輸己經在煉油廠催化裂化裝置中實踐多年，并在商業(yè)應逡逑用中得到了證明�，F在循環(huán)床快速熱處理（ＲＴＰ）己被廣泛應用于生物質熱解技逡逑術。此外，循環(huán)流化床的各種系統(tǒng)設計己經被開發(fā)，不同系統(tǒng)間最重要的區(qū)別在逡逑于提供熱量的方法。早期的反應單元是一個單一的加熱反應器，旋風分離器和豎逡逑管配置，其中炭被收集作為副產品，系統(tǒng)提供的熱量一部分來自積碳的燃燒。逡逑用于循環(huán)床系統(tǒng)的物料顆粒必須均勻，并且其粒徑甚至要小于鼓泡流化床中逡逑的顆粒大小。與平均顆粒停留時間為２ｓ至３ｓ的鼓泡流化床相比，循環(huán)床反應器逡逑中顆粒在高溫下的停留時間只有０．５－ｌ．Ｏｓ。對于顆粒比較大的物料

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 王飛雄;;催化重整技術在煉油廠的應用概述[J];中國石油和化工標準與質量;2016年20期

2 何品昌;;加速開發(fā)催化重整汽油[J];石油知識;1994年06期

3 胡德銘;;催化重整科技情報站2008年年會在長沙召開[J];煉油技術與工程;2009年01期

4 胡德銘;催化重整科技情報站2003年年會在洛陽勝利召開[J];煉油技術與工程;2003年05期

5 高明;催化重整科技情報站2003年年會召開[J];石油與天然氣化工;2003年03期

6 路守彥;催化重整科技情報站舉行年會[J];煉油設計;1999年06期

7 梁克民，馮輝;催化重整反應器的模擬與分析[J];石油化工;1996年03期

8 胡德銘，錢培良;國外催化重整工藝主要進展（上）[J];石油化工動態(tài);1997年02期

9 胡德銘，錢培良;國外催化重整工藝主要進展（下）[J];石油化工動態(tài);1997年03期

10 錢伯章;;催化重整技術研討會暨華東華南地區(qū)年會在福建煉油廠召開[J];石油煉制與化工;1993年08期

相關會議論文 前10條

1 袁洪福;褚小立;王艷斌;楊玉蕊;謝智彬;陸婉珍;;催化重整工藝中在線近紅外光譜分析技術與應用[A];中國分析測試協會科學技術獎發(fā)展回顧[C];2015年

2 方向晨;劉全杰;;復合催化在催化重整反應中的應用[A];第十四屆全國催化學術會議論文集[C];2008年

3 趙建航;孫發(fā)民;;重整預加氫脫砷催化劑的研制[A];第三屆全國工業(yè)催化技術及應用年會論文集[C];2006年

4 莊華強;顧泉;周言根;龍金林;張子重;王緒緒;;新型光催化劑C_3N_3S_3-In的合成以及光催化重整甲醇制氫的研究[A];第十三屆全國太陽能光化學與光催化學術會議學術論文集[C];2012年

5 劉文武;楊宇;童冬梅;李桂英;祝良芳;張睿楠;胡常偉;;(Me)-Al-MCM-41對毛竹與LDPE共裂解蒸氣的催化重整實驗[A];第六屆全國環(huán)境催化與環(huán)境材料學術會議論文集[C];2009年

6 李鴻亮;陸金桂;侯衛(wèi)鋒;趙英凱;;基于混合遺傳算法的催化重整過程多目標優(yōu)化研究[A];2009中國過程系統(tǒng)工程年會暨中國mes年會論文集[C];2009年

7 侯煥娣;黃崇品;陳標華;李英霞;;C5-C7烷烴芳構化的研究[A];第一屆全國化學工程與生物化工年會論文摘要集(上)[C];2004年

8 王玉忠;李秀杰;劉盛林;謝素娟;安杰;徐龍伢;;FCC汽油催化重整制BTX芳烴研究[A];第六屆全國工業(yè)催化技術及應用年會論文集[C];2009年

9 陳葉;陳天虎;劉海波;;Ni/Al_2O_3-Pal催化重整甲烷的研究[A];中國礦物巖石地球化學學會第17屆學術年會論文摘要集[C];2019年

10 郭換如;侯衛(wèi)鋒;劉波;黃賢平;楊蘇平;;催化重整全流程模擬與優(yōu)化[A];2009中國過程系統(tǒng)工程年會暨中國mes年會論文集[C];2009年

相關重要報紙文章 前10條

1 李冬英;無汞催化重整制氯乙烯中試成功[N];中國化工報;2013年

2 記者 呼躍軍;煤基合成石腦油催化重整獲突破[N];中國化工報;2014年

3 本報記者 姚耀富;催化重整：實現“三級跳”[N];中國化工報;2010年

4 豐偉 詹天宇;取長補短 交相輝映[N];中國石油報;2004年

5 本報記者 李建永;催化重整：發(fā)展空間有多大[N];中國石化報;2002年

6 記者 余峻才;廣石化100萬噸催化重整項目進入沖刺[N];中國石化報;2008年

7 本報記者 趙志偉;催化重整技術：驅散霧霾見藍天[N];洛陽日報;2013年

8 朱正江;煉油一廠 催化重整辛烷值提高1.5個百分點[N];黑龍江日報;2010年

9 記者 黃敏清 通訊員 梁江華;廣州石化催化重整聯合裝置高效運行[N];中國石化報;2012年

10 劉紅梅;大港石化公司喜獲“煉油專業(yè)達標企業(yè)”稱號[N];中國石油報;2007年

相關博士學位論文 前10條

1 劉俊旭;木質纖維素生物質催化重整與水煤氣變換耦合制備高純氫研究[D];中國科學技術大學;2018年

2 侯衛(wèi)鋒;催化重整流程模擬與優(yōu)化技術及其應用研究[D];浙江大學;2006年

3 吳國鵬;光催化重整甲醇及生物質衍生物制氫[D];大連理工大學;2007年

4 周紅軍;芳烴型連續(xù)重整集總反應動力學模型研究[D];華東理工大學;2011年

5 陳治華;生物質焦油水蒸汽催化重整及熱力學平衡研究[D];華中科技大學;2016年

6 張尤華;生物質一體化制氫研究[D];華東理工大學;2012年

7 尤占平;生物質炭催化重整熱解焦油技術研究[D];天津大學;2010年

8 董嬋;煤熱解與甲烷催化重整耦合過程研究[D];大連理工大學;2016年

9 趙麗霞;生物質粗甘油混合高效制氫實驗研究[D];天津大學;2011年

10 石銘亮;復雜反應系統(tǒng)分子尺度反應動力學研究[D];華東理工大學;2011年

相關碩士學位論文 前10條

1 詹宜秋;鎳基催化劑催化重整二氧化碳制備合成氣研究[D];武漢科技大學;2018年

2 梁添;鎳銅雙金屬改性海泡石催化重整苯酚—乙醇制氫的研究[D];安徽理工大學;2018年

3 劉鵬飛;半再生催化重整全流程模擬與優(yōu)化[D];大連理工大學;2015年

4 楊婕;水蒸汽催化重整生物油模型化合物制氫研究[D];安徽理工大學;2017年

5 趙靜;木質素快速熱解催化重整制備芳香烴的研究[D];東南大學;2016年

6 邢彬彬;催化重整技術與我國煉油業(yè)發(fā)展的研究[D];中國石油大學(北京);2016年

7 郭璐s

本文編號：2737038