【摘 要】
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H2因其热值高且燃烧后清洁无污染的特性,成为替代化石能源最有前景的候选物之一。生物质通过简单的降解转化后得到的生物乙醇,产量大且可再生,以其为原料制氢,不仅可以促进生物质能的开发和使用,还能够缓解能源危机和保护生态环境。吸附强化蒸汽重整制氢技术是通过添加高温CO2吸附剂,原位捕集重整反应中产生的CO2,促进反应向产氢的一侧进行,从而提高反应产物中H2的浓度和产率,其在制氢领域具有广阔的发展前景。钙
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H2因其热值高且燃烧后清洁无污染的特性,成为替代化石能源最有前景的候选物之一。生物质通过简单的降解转化后得到的生物乙醇,产量大且可再生,以其为原料制氢,不仅可以促进生物质能的开发和使用,还能够缓解能源危机和保护生态环境。吸附强化蒸汽重整制氢技术是通过添加高温CO2吸附剂,原位捕集重整反应中产生的CO2,促进反应向产氢的一侧进行,从而提高反应产物中H2的浓度和产率,其在制氢领域具有广阔的发展前景。钙基吸附剂因其具有高的理论吸附容量、快速的吸附/解吸动力学、原料分布广泛等优点,被广泛用于吸附强化蒸汽重整制氢技术中。但其在高温煅烧再生的过程中易于烧结,导致它的CO2的吸附量随着吸附/解吸循环次数的增加急剧下降,这极大地限制了钙基吸附剂的应用。因此,开发一种高CO2吸附容量,良好的循环稳定性的钙基吸附剂对于吸附强化蒸汽重整制氢技术的发展具有重要意义。此外,催化位点和吸附位点分别位于不同的颗粒上会导致反应过程传热传质差。因此,在制备吸附剂的基础上,合成“吸收-催化”双功能材料来改善反应传热传质差的问题,以提升强化制氢效果。针对上述问题,本文主要做了以下两方面工作:一是通过掺杂高塔曼温度的Zr、Ce元素对Ca O进行改性,以提升Ca O基吸附剂的抗烧结性能;二是在改性Ca O基吸附剂的研究基础上,进一步制备含有催化组分Ni和吸附组分Ca O的双功能材料,并将之应用于吸附强化乙醇蒸汽重整制氢(SEESR)过程。具体的研究结果和结论如下:(1)在温和测试条件下,Zr掺杂的Ca O基吸附剂中,SGZr10展现了最出色的CO2捕获性能,30个循环后仍具有0.553g CO2/g sorbent的吸附容量。Ce掺杂的Ca O基吸附剂中,SGCe20的CO2吸附性能最好,在30个循环内的CO2吸附总量最高(16.196 g CO2/g sorbent)。此外,相同惰性组分掺杂量的条件下,Zr基载体比Ce基载体具有更好的循环稳定性,但在初次循环,Ce掺杂的吸附剂比Zr掺杂的吸附剂具有更高的CO2吸附速率;(2)同等惰性组分掺杂量下,(Zr-Ce)共掺杂的吸附剂的稳定性优于Ce掺杂的吸附剂,劣于Zr掺杂的吸附剂。在温和与严苛两种测试条件下,SGZr10均展现出最好的CO2吸附性能,在30个循环内分别捕获到18.429和14.436g CO2/g sorbent的CO2吸附总量;(3)在SEESR制氢过程中,最佳的反应条件为:T=600℃,S/C=3,V乙醇溶液=0.02ml/min。在最佳反应条件下的强化乙醇重整制氢过程,Ni10-Ca90Zr10具有最好的强化制氢效果(>90%的H2浓度),并在循环测试中,展现出一定的抗烧结性能和较好的催化活性。
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