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合成气是工业生产中重要的合成原料之一。本文基于生物质初级燃气重整制备合成气，通过热力学平衡分析，研究相关参数对于初级燃气重整产物分布的影响。通过对镍基氧化铝催化剂进行改性，用于初级燃气重整制备合成气。
首先基于吉布斯自由能最小化原理对初级燃气的重整过程进行热力学平衡分析，研究平衡温度，压力，组分对于热力学平衡态时产物分布的影响，进而对重整工艺进行优化，结果表明：生物质初级燃气重整温度大于825℃时甲烷基本完全转化；如果要提高合成气比例，获得低氢碳比合成气，应当将重整温度提高到更高温度，利用逆水汽变换反应降低氢碳比，反之则是降低重整温度，利用水汽变换反应提高氢碳比。增大体系压力不利于合成气制备，利于甲烷化进行；CO2和水蒸汽的量是提高合成气收率，调节氢碳比的关键因素，通过增加CO2和水蒸汽的量，可以提高CH4转化率，在特定温度下，依据逆水汽变换反应进行的方向增加水蒸汽或者CO2的量可以调节合成气氢碳比。
随后利用共沉淀法在不同焙烧温度下制备了四种镍基氧化铝催化剂，在甲烷干重整体系中进行了重整性能的评估，结合多种表征方法，揭示了影响催化剂性能的关键结构参数。结果表明，尖晶石结构可以改善催化剂的表面微孔特性，同时降低晶粒尺寸，增强活性金属与载体的相互作用，当催化剂中形成尖晶石结构时，催化剂中镍的存在形态发生改变。
对载体进行改性，利用共沉淀法将活性碳纤维（ACF）加入镍基氧化铝催化剂体系内，制备了一系列复合载体催化剂，在甲烷干重整体系内对其性能进行了深入研究。同时基于复合载体催化剂建立了宏观反应动力学模型。相关表征表明 Ni 和 Al2O3的共沉淀涂层在保持纤维良好表面性能的同时，能抑制ACF的碳参与反应；催化剂中添加ACF可以增强催化剂表面的碱性位，提高催化剂表面金属分散度，有利于原料气的吸附和活化；并且可以降低尖晶石NiAl2O4的晶粒尺寸；此外，FTIR表明ACF可以在表面提供丰富的含氧官能团和甲基官能团，是反应的中间产物，有效地促进了反应的进行。对于催化剂Ni-γ-Al2O3/ACF，重整温度800℃以下时，CH4和CO2的表观活化能分别为96.28 kJ?mol-1和50.45 kJ?mol-1，800℃以上时CH4和CO2的表观活化能分别为5.33 kJ?mol-1和4.69 kJ?mol-1，二氧化碳的表观活化能低于文献报道的其它催化剂。
利用金属助剂对ACF负载的镍基氧化铝催化剂进行改性，利用共沉淀法将Mn、Fe、Co、Cu四种金属助剂加入催化剂Ni-γ-Al2O3/ACF体系内，制备了一系列双金属催化剂，在甲烷干重整和逆水汽变换体系内对催化剂性能进行研究，结果表明双金属催化剂具有催化重整和调节氢碳比的双功能。相关表征表明，金属助剂的加入提高了 ACF 负载的镍基氧化铝催化剂的抗烧结性能，改善了活性金属镍的分散度，显著提升了催化性能。四种催化剂中，添加了助剂Co的双金属催化剂具有最佳的催化性能，CH4和CO2转化率最高。金属助剂对于催化剂调节合成气氢碳比具有重要作用，在干气重整体系中，加入了Co的双金属催化剂，对合成气的氢碳比的调剂性能最优，对比四种双金属催化剂在逆水汽变换反应中的催化性能，Ni-Co双金属催化剂对于逆水汽变换反应的催化效果最好，此时氢气的转化率在800℃、850℃和900℃下时分别为：43.4%、44.9%和46.1%。
同时，在两步法生物质热解-水蒸汽重整的体系内，对三组催化剂的生物质热解重整性能进行了研究。镍基氧化铝催化剂中尖晶石结构对于稻壳生物质的热解水蒸汽重整性能具有重要的影响，随着催化剂焙烧温度的增加，生成的尖晶石结构显著提高了产物中合成气的量；与镍基氧化铝催化剂相比，ACF的加入，提高了催化剂的热解水蒸汽重整性能，合成气产量从12.16 mmoL/g提高到17.32 mmoL/g；对于双金属催化剂而言，四种金属助剂中，Fe基双金属催化剂的合成气收率最高，达22.53 mmoL/g，Cu基双金属催化剂的变换性能最优。
首先基于吉布斯自由能最小化原理对初级燃气的重整过程进行热力学平衡分析，研究平衡温度，压力，组分对于热力学平衡态时产物分布的影响，进而对重整工艺进行优化，结果表明：生物质初级燃气重整温度大于825℃时甲烷基本完全转化；如果要提高合成气比例，获得低氢碳比合成气，应当将重整温度提高到更高温度，利用逆水汽变换反应降低氢碳比，反之则是降低重整温度，利用水汽变换反应提高氢碳比。增大体系压力不利于合成气制备，利于甲烷化进行；CO2和水蒸汽的量是提高合成气收率，调节氢碳比的关键因素，通过增加CO2和水蒸汽的量，可以提高CH4转化率，在特定温度下，依据逆水汽变换反应进行的方向增加水蒸汽或者CO2的量可以调节合成气氢碳比。
随后利用共沉淀法在不同焙烧温度下制备了四种镍基氧化铝催化剂，在甲烷干重整体系中进行了重整性能的评估，结合多种表征方法，揭示了影响催化剂性能的关键结构参数。结果表明，尖晶石结构可以改善催化剂的表面微孔特性，同时降低晶粒尺寸，增强活性金属与载体的相互作用，当催化剂中形成尖晶石结构时，催化剂中镍的存在形态发生改变。
对载体进行改性，利用共沉淀法将活性碳纤维（ACF）加入镍基氧化铝催化剂体系内，制备了一系列复合载体催化剂，在甲烷干重整体系内对其性能进行了深入研究。同时基于复合载体催化剂建立了宏观反应动力学模型。相关表征表明 Ni 和 Al2O3的共沉淀涂层在保持纤维良好表面性能的同时，能抑制ACF的碳参与反应；催化剂中添加ACF可以增强催化剂表面的碱性位，提高催化剂表面金属分散度，有利于原料气的吸附和活化；并且可以降低尖晶石NiAl2O4的晶粒尺寸；此外，FTIR表明ACF可以在表面提供丰富的含氧官能团和甲基官能团，是反应的中间产物，有效地促进了反应的进行。对于催化剂Ni-γ-Al2O3/ACF，重整温度800℃以下时，CH4和CO2的表观活化能分别为96.28 kJ?mol-1和50.45 kJ?mol-1，800℃以上时CH4和CO2的表观活化能分别为5.33 kJ?mol-1和4.69 kJ?mol-1，二氧化碳的表观活化能低于文献报道的其它催化剂。
利用金属助剂对ACF负载的镍基氧化铝催化剂进行改性，利用共沉淀法将Mn、Fe、Co、Cu四种金属助剂加入催化剂Ni-γ-Al2O3/ACF体系内，制备了一系列双金属催化剂，在甲烷干重整和逆水汽变换体系内对催化剂性能进行研究，结果表明双金属催化剂具有催化重整和调节氢碳比的双功能。相关表征表明，金属助剂的加入提高了 ACF 负载的镍基氧化铝催化剂的抗烧结性能，改善了活性金属镍的分散度，显著提升了催化性能。四种催化剂中，添加了助剂Co的双金属催化剂具有最佳的催化性能，CH4和CO2转化率最高。金属助剂对于催化剂调节合成气氢碳比具有重要作用，在干气重整体系中，加入了Co的双金属催化剂，对合成气的氢碳比的调剂性能最优，对比四种双金属催化剂在逆水汽变换反应中的催化性能，Ni-Co双金属催化剂对于逆水汽变换反应的催化效果最好，此时氢气的转化率在800℃、850℃和900℃下时分别为：43.4%、44.9%和46.1%。
同时，在两步法生物质热解-水蒸汽重整的体系内，对三组催化剂的生物质热解重整性能进行了研究。镍基氧化铝催化剂中尖晶石结构对于稻壳生物质的热解水蒸汽重整性能具有重要的影响，随着催化剂焙烧温度的增加，生成的尖晶石结构显著提高了产物中合成气的量；与镍基氧化铝催化剂相比，ACF的加入，提高了催化剂的热解水蒸汽重整性能，合成气产量从12.16 mmoL/g提高到17.32 mmoL/g；对于双金属催化剂而言，四种金属助剂中，Fe基双金属催化剂的合成气收率最高，达22.53 mmoL/g，Cu基双金属催化剂的变换性能最优。