袁申富课题组生物质热解制氢气研究成果

shenhua

能源和环境的和谐发展是社会进步的必然趋势，构建清洁低碳且安全高效的能源及化工体系是新时代削弱负环境效应和能源发展的重要措施。生物质不仅是一种重要的可再生资源，也是一种碳中性的载体。创新、高效、绿色、经济地开发生物质资源，对实现“碳中和”具有非常重要且不可替代的推动作用。我国每年氢气产量约2500万吨，占全球总产量40%以上，年产值超过1200亿元。超过95%的氢气生产主要依靠化石资源，其中煤制氢是当前最为经济的制氢途径，但会排放大量的温室气体，对环境造成污染，而生物质制氢在整个节能减排过程中发挥着重要作用。
        首先我们探究催化剂在固定床中对生物质热解制备富氢合成气的影响效果，发现催化剂失活严重，然后我们以生物质原位催化热解的半焦作为重整的催化剂进行研究，Fe-char存在下，对小麦秸秆热解过程中催化剂失活机理进行探索。温度从600℃到1000℃，重油产率6.73%明显下降到2.15%。且在900℃时富氢气体产率达到381.08ml/g。热解过程中：积碳的形成→积碳被消耗→Fe-char催化剂载体气化。在催化剂循环过程中，如积碳的形成速率大于消耗速率，则积碳量增加;如积碳的消耗速率大于其形成速率，则积碳量下降。蒸汽重整过程中，生物油被吸附在载体和金属颗粒表面，经过一系列反应，形成气体和小分子。同时，载体不可避免地会与覆盖其表面的生物油发生反应，这也是催化剂质量下降的原因。

机理图综合

         物质进行原位催化热解促进其富氢气体增加，轻质芳烃类化合物提高，但催化剂和生物质中的矿物质反应导致催化剂易失活，难回收，且副产物H2O和CO2的产率也随催化剂负载量的增加而升高，原位催化热解不是解决生物质热解瓶颈问题的有效方法，生物质热解挥发分多段重整是下一步攻关的重点。

         相关成果以“Study of Fe-Ni-Mg catalytic activities for hydrogen-rich gas production from biomass pyrolysis”和“Coking behavior and syngas composition of the char supported Fe catalyst of biomass pyrolysis volatiles reforming”为题发表在能源化工领域国际权威学术期刊International Journal of Energy Research和Fuel上。论文的第一作者为博士生鲁秋香，硕士生张旭，通讯单位为云南大学化学科学与工程学院。该研究工作得到国家自然科学基金（21968037）以及云南省科技厅面上项目（2019FB132）的资助。