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生物油重整制氢/富氢合成气以及费托液体燃料的合成

王兆祥  
【摘要】: 生物质是一种可再生的能源,是植物吸收水和CO_2通过光合作用产生的。全球化石燃料的消耗和日益增长的能源需求造成的环境污染使生物质能逐渐成为能源研究的热点。生物质作为能源消耗时,产生的CO_2会被植物等量的吸收,即CO_2的零排放。另外,与化石燃料相比,生物质含硫,氮较少,是一种清洁的能源。我国生物质资源非常丰富。生物质能源的开发和利用对我国的能源安全有重要的意义。本论文研究内容如下:一是从生物油制备生物油基合成气,二是以生物油基合成气费托合成制备费托液体燃料。 1.生物油蒸汽重整制氢及富氢合成气 我们合成了新型的蒸汽重整催化剂,即金属掺杂的催化剂[Ca_(24)Al_(28)O_(64)]~(4+)·4O~-/M(C12A7-O~-/M,M=Mg,K,Ce),研究了催化蒸汽重整生物油制备氢气和富氢合成气的过程。以固定床流动式反应器,研究了生物油重整的主要影响因素即温度,金属掺杂量,S/C等对氢产率,碳转化率和含碳产物分布的影响。在所研究的催化剂中,发现镁掺杂量在15-18%时,C12A7/Mg具有最高的催化活性。在S/C>4.0,GHSV=10000h~(-1),T=750℃的条件下,以C12A7/18%Mg为催化剂,氢产率达到80%,碳转化率达到96%以上。研究发现,催化剂的失活主要是因为催化剂表面的积碳。通过定期的清除催化剂表面的积碳,我们可以维持催化剂最初的催化活性。另外,我们研究了不同的催化剂(C12A7/15%Mg,12%Ni/γ-Al_2O_3,1%Pt/γ-Al_2O_3)在不同条件如温度,S/C等条件下对氢产率,碳转化率及生物油合成气组分的影响。总的来况,生物油基合成气的主要组分是H_2和CO_2,还有少量的CO和CH_(4·)重整催化剂的特性和反应过程中形成的中间体以XRD,XPS和FT-IR等方法表征。在此基础上对反应机理进行了初步探讨。 2.生物油基合成气通过费托合成制备液体燃料 我们以H_2/CO/CO_2/N_2的标准气作为生物油基合成气的模拟气,在固定床流动式反应器中研究了费托合成。结果表明,100Fe/6Cu/16Al/6K是适合生物油基合成气费托合成的催化剂。以100Fe/6Cu/16Al/6K为催化剂研究了温度,压力,接触时间,CO_2/(CO+CO_2)(r)值等因素对费托合成的影响。为得到高的碳转化率和重质烃选择性,发现最佳合成条件是T=280℃~300℃,P=1.0MPa~2.0MPa,W/F>12.5g_(cat)·h·mol~(-1)。在T=300℃,P=1.5MPa,W/F=12.5g_(cat)·h·mol~(-1)的反应条件下,总碳转化率达到36%和重质烃(C_(5+))选择性达到44%。研究还发现,CO_2/(CO+CO_2)对费托合成碳转化率具有显著的影响,r<0.5时更适合费托合成。此外,用多种手段对费托合成催化剂进行了表征。


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