吸附强化乙醇水蒸气重整制氢的复合催化剂研究

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吸附强化乙醇水蒸气重整制氢技术(SE-SRE)因原料清洁可再生、制氢好以及能有效吸收CO2等优势受到广泛关注。该技术的关键在于甄选合适的复合功能催化剂,而目前大多数复合功能催化剂仅将吸附剂和催化剂机械混合用于重整制氢,将集吸附-催化作用为一体的复合催化剂用于重整制氢的实验研究还较少。相比于机械混合催化剂,复合催化剂接近于原位催化吸附、反应速率更快、传质阻力更小、传热更均匀,具有更高的吸附性能和催化活性制氢性能。因此本文制备了一种新型的双功能复合催化剂,研究其对吸附强化乙醇水蒸气重整制氢的影响作用,同时在自行搭建的固定床台架上对吸附强化乙醇水蒸气重整制氢的实际工况条件进行了探究。本文首先基于吉布斯自由能原理,建立起吸附强化乙醇水蒸气重整制氢的热力学平衡模型,通过Matlab数值计算,研究了平衡状态下操作条件对组分浓度和系统能量效率的影响,结果表明,常压、较高温和高水醇比有利于提高产物中氢气的摩尔分数以及能量效率,CaO的添加能起到显著的吸附增强作用,能量效率也有所提升。吸附强化乙醇水蒸气重整制氢适宜的操作条件为温度为9001000K,压力1atm,水醇比大于6,钙醇比大于1.5。采用溶胶凝胶法制备了一系列不同CaO和Al2O3质量比的Ni/CaO-Al2O3复合催化剂,并对其物化结构进行了较为详细的表征,同时对复合催化剂的CO2吸附能力和重整制氢性能进行了探究,以此剖析复合催化剂结构-性能之间的关系。结果表明,质量配比为81%CaO:9%Al2O3:10%Ni的复合催化剂具有相对较大的比表面积和比孔容,吸附催化作用最强,碳酸化循环稳定性优良。根据以上实验结果和结论,研究了SE-SRE的工艺条件,获得最佳工况为:常压,温度650℃,液时空速0.03ml/min,水醇比6,此工况下,吸附强化时间较长,突破前区时间大于18min,出口氢气的体积浓度高于90%。并对比了复合催化剂和机械混合催化剂的吸附强化制氢能力以及循环稳定性。结果表明,复合催化剂的吸附性能和催化作用更优,循环稳定性更好。
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