论文部分内容阅读
能源危机和环境污染是影响人类社会可持续发展的两大关键因素,为此当今世界各国都在积极进行氢能的研究与开发,21世纪被认为是氢能和氢经济时代。氢能源的最好利用方式是燃料电池,燃料电池的氢源技术是推广燃料电池应用的关键。
目前工业规模的制氢尚无法满足燃料电池应用对小规模分散氢源的需求,因此以醇类、醚类、烃类等化石燃料分布式现场重整制氢被认为是近中期最现实的氢源解决方案之一。以二甲醚作为重整制氢原料,具有成本低、无腐蚀性、反应条件温和、副产物少、易分离、可利用现有的基础设施等优点。目前研究主要集中在催化剂开发方面。
本文首先对二甲醚水蒸气重整制氢催化剂的两种活性组分进行了筛选评价,优选出Cu-Mn/γ-Al2O3催化剂。然后,通过优化制备方法、CuMn摩尔比等获得了草酸盐胶态共沉淀—机械混合法制备的、具有较高初始活性的Cu1Mn2/γ-Al2O3催化剂。在此基础上,通过添加La、Al、Fe、Zn等助剂提高该催化剂的稳定性,最终确定了助剂La对提高稳定性作用最大,并通过进一步调变助剂La的含量获得了最优的催化剂组成。主要研究内容和结果如下:
(1)γ-Al2O3为较好的二甲醚水解活性组分,Cu-Mn催化剂为较好的甲醇重整活性组分,两者组成的Cu-Mn/γ-Al2O3催化剂在二甲醚水蒸气重整制氢反应中有较好的活性。
(2)采用草酸盐胶态共沉淀-机械混合法制备的Cu-Mn/γ-Al2O3催化剂活性较优,且CuMn摩尔比最佳值为1/2。添加的La、Al、Fe、Zn助剂均不同程度提高了Cu-Mn/γ-Al2O3催化剂的稳定性,其提高顺序为:La>Al>Fe>Zn。当n(Cu)/n(Mn)/n(La)=1/2/0.2时,催化剂的稳定性较好。催化剂的表征说明:助剂La的添加,能阻碍活性组分的聚集长大,有助于活性组分细化;能增加表面高分散CuO的量,同时增强Cu-Mn之间的相互作用,使还原温度提高,阻止Cu的深度还原,为催化反应提供更多的活性位,从而提高了催化剂的活性及稳定性。
(3)焙烧温度、装填方式、反应温度、水醚比等操作条件对Cu-Mn-La/γ-Al2O3催化性能都有一定的影响。较好的反应温度为350℃、焙烧温度为500℃、水醚比为3,较好的装填方式是将两种活性组分机械混合后装填。Cu-Mn-La/γ-Al2O3催化剂在优化的操作条件下进行了10h性能测试,结果表明该催化剂性能稳定。