作者：黄建兵; 朱超制氢水热气化生物质催化剂热力学模型
摘要：在反应过程中加入催化剂可在更温和的水热条件下实现生物质高效气化制氢。在众多催化剂中,Ni系催化剂因其廉价并在反应中表现出较高的活性等优点而被认为是很有发展前景的制氢催化剂。该课题组针对Ni/Al_2O_3酸性位易于积碳引起催化剂失活的弱点,通过金属助剂的辅助作用对Al_2O_3为载体的负载Ni催化剂进行改性。选用Cu、Co、Sn、Ce和碱性Mg,通过共浸渍、分步浸渍和共沉淀等方法制备双金属Ni-M或者复合氧化物载体催化剂。结果表明,金属助剂Ce的引入有效提高了Ni系催化剂的催化产氢活性,催化剂的抗积碳性能亦得到有效改进,表明金属Ce是非常合适的金属助剂。MgAl_2O_4使催化剂水热稳定性得到改善,碱性Mg助剂可以有效抑制Ni-Al催化剂的表面结晶碳的形成。较低的热处理温度,或者分步浸渍制备Ni-Mg-Al催化剂能获取更多有效的活性位。碱性Mg助剂可以改善Ni-Al催化剂的催化活性及水热稳定性。对于溶胶-凝胶法制备的Rutile TiO_2负载Ni催化剂,降低催化剂热处理温度可以获取分散性更高的Ni晶粒,从而提供较多的活性位,以促进生物质在水热条件下C-C键的断裂,水汽转化反应和甲烷化反应,从而提高生物质转化率。通过利用Aspen Plus软件根据Gibbs自由能最小化原理采用PR状态方程,以MHV2混合规则建立热力学模型来模拟水热条件下气化生物质及其模型化合物产氢的过程,对水热气化生物质及模型化合物进行了理论分析,计算出在一定温度和压力条件下达到平衡时系统的产气量,提供了催化气化生物质的方向和限度的数据。
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