论文总字数：28743字

摘 要

氢是一种无污染的新能源。在能源危机和环境恶化日益严重的今天，储量庞大的氢能源的开发与利用越来越收到人们的重视。在众多的制氢工艺中烃类水蒸汽催化重整制氢的方式得到了最为广泛的应用。近年来，生物质制氢的研究越来越成为热点。本文主要研究的就是生物质气化气在筛选出来催化剂的作用下在气化可燃气水蒸汽重整装置上的在不同反应条件下的催化重整体系。

首先，本文根据下列不同的反应条件：（1）不同的水蒸汽量；（2）不同的催化剂；（3）不同的甲烷气体含量。在立式管式气氛炉中对生物质气化气进行反应，然后用烟气分析仪分析生成物的成分，筛选出水蒸汽重整实验的最佳反应条件，然后在最佳的反应条件下，让生物质气化气与本文自己制备的催化剂进行反应。本文选出的最佳工况是不通H₂，通10%的，35%CO, 40%， 15%，通气量为0.667，进水量为1.5，空速为1000 （停留时间为1.8S）。

在最佳工况下，用自己制备的生物质活性炭、浸渍的活性炭以及浸渍的活性炭作为催化剂进行水蒸汽重整反应研究。实验结果证明浸渍的生物质活性炭的催化活性最好。

关键词：氢气 ；炭基催化剂；浸渍；水蒸气催化重整

Study on carbon-based catalysts in catalytic steam reforming reaction

Xu Yanfeng 03011101

Supervised by Professor SONG Min

Abstract

Hydrogen is a new kind of non-polluting energy. Because of the energy crisis and the growing deterioration of the environment, the huge reserves of the development and utilization of hydrogen energy received more and more attention. Among the techniques into the hydrogen, the hydrocarbon catalytic steam reforming hydrogen way gets the most widely used. In recent years, hydrogen production from biomass has increasingly become an aroused general interest. The article studies the biomass gasification gas is filtered out in the role of a catalyst under catalytic reforming of combustible gas in the gasification system under different reaction conditions on the steam reformer.

First, according to the following different reaction conditions: (1) a different amount of water vapor; (2) a different catalyst; (3) different from the methane gas content. In a vertical tube atmosphere furnace we use biomass gasification gas to react, and then we used the flue gas analyzer to analyz the composition of products. Filter the experiments optimum conditions, and then under optimal conditions, let the biomass gasification reacted with the catalyst which is prepared by ourselves. We selected the best working conditions are nowhere H₂, through a 10% ,35% CO, 40% , 15%, aeration rate 0.667, into the water to 1.5, airspeed 2000 (residence time 1.8S).

In the best conditions, biomass charcoal own preparation, and activated carbon impregnated activated carbon 3 as a catalyst impregnated steam reforming reaction studies. Experimental results show that catalytic activity of activated carbon impregnated with the best raw materials.

Keywords: hydrogen; carbon-based catalyst; impregnated by ; catalytic steam

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2制氢工艺介绍 1

1.2.1 水电解法 1

1.2.2煤气化制氢 2

1.2.3部分氧化法制氢 2

1.2.4甲醇制氢法 3

1.2.5烃类水蒸汽转化法 3

1.2.6自热重整法 4

1.3催化剂 4

1.3.1金属催化剂 4

1.3.2炭基催化剂 5

1.4活性炭的制备方法 6

1.4.1 物理活化法 6

1.4.2 化学活化法 7

1.4.3 物理化学活化法 8

1.5炭材料催化重整研究现状 8

1.6本文研究内容 9

第二章实验部分 10

2.1主要实验材料和设备 10

2.2实验装置及操作 11

第三章催化水蒸汽重整反应的工况实验 12

3.1催化剂 12

3.2有无催化剂的影响 12

3.3 不同种类催化剂的影响 15

3.4 汽气比的影响 17

3.5甲烷气浓度的影响 19

3.6小结 24

第四章基于不同炭基催化剂的催化重整实验研究 25

4.1炭基催化剂的制备 25

4.1.1生物炭的制备 25

4.1.2活化法制备活性炭 26

4.1.3活化法制备活性炭 27

4.2三种炭基催化剂的催化重整 27

4.2.1商业活性炭和自制生物炭作为催化剂的对比 27

4.2.2不同空速下催化剂催化效果的对比 30

4.2.3三种不同炭基催化剂的对比 33

第五章总结 37

第六章致谢 38

参考文献 39

第一章 绪论

1.1 引言

能源是人类生存和发展十分重要的组成部分，同时也是反应一个社会经济发展水平的重要指标。可是，由于世界经济的飞速发展，能源的需求也在不断的升高。至今为止，本文使用的主要能源有石油、天然气和煤等，这些能源都属于不可再生的化石能源，在它们储量有限的同时又对本文的生存环境造成了严重的破坏。全球气候变暖、冰雪消融、海平面不断上升等环境问题层出不穷。因此，能源的可持续发展已经成为了当今世界的一个非常重要的主题。作为可再生的清洁能源氢被认为是能很好解决目前能源危机和环境污染的新型能源。氢能源作为一种新能源具有以下的特点：（1）重量最轻，标准状态下密度为0.0899；（2）具有良好的导热性（3）氢是最普通的元素，一般以化合物的形式储存在水中，而地球上水所覆盖的面积占了绝大多数；（4）无污染，氢能源利用后只排出水，可以再次分解利用，没有任何污染；（5）理想的热值，氢燃烧的热值比其它任何化石燃料都要高；（6）氢具有其它多种多样的利用形式；（7）存储便利，能够以气态、液态和固态三种方式进行运输和储藏。正因为以上的优点，在国际能源多元化愈演愈烈的今天，氢能源的研究和开发越来越受到国家的重视。我国的氢能源研究与开发工作已经和国际接轨，在某些研究上已然取得了突破性的研究成果。由此可见，氢能源作为一种清洁能源具有十分光明的发展未来。

1.2制氢工艺介绍

1.2.1 水电解法

水电解法制氢的发明至今已经有一百多年历史了，电解制氢技术已经十分完备。水在通电的情况下可分解成纯度达99.0%~99.9%的H₂和O₂。水电解法的成本大多数利用在电能上。从理论上来说水的电解只需要1.299V的电压，并不需要消耗太多的电力资源。但是在水电解过程中的过电压以及电解液的电阻等诸多因素，水的电解仅有1.299V的电压是不够的，必须要有更高的电压。实验证明水电解所需要消耗电能要大于5。因此，水电解法制氢成本昂贵，依据当前的电力价格，根本没有办法实现大规模的生产^[1]。

1.2.2煤气化制氢

煤气化制氢反应主要有分三步走：第一步为造气反应，其次是水煤气变换反应，最后一步是氢的纯化与压缩。反应过程如下:

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