Получение водорода и компонентов топлив по реакции водяного риформинга сахарных спиртов на платиносодержащих катализаторах

• Автор: Кирилин, Алексей Викторович
• Шифр специальности: 02.00.15, 02.00.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 114 с. : ил.

1. Литературный обзор

1.1 Введение.

1.2Превращенне лигноцеллюлозной биомассы.

1.2.1 Получение синтезгаза путем газификации биомассы.

1.2.2 Газификация биомассы в супсркритической воде

1.2.3 Получение водорода путем газификации биомассы.

1.2.4 Пиролиз биомассы с малым временем контакта

для производства бионефтей

1.3 Водяной риформинг компонентов биомассы

1.3.1 Термодинамические характеристики процесса.

1.3.2 Кинетические характеристики процесса

1.3.3 Факторы, определяющие селективность в реакции водяного риформннга
1.3.3.1 Природа катализатора. Выбор активного металла в реакции
водяного риформинга.
1.3.3.2 Выбор носителя
1.3.4 Выбор условий реакции.
1.3.4.1 Возможные пути реакции водяного риформинга полиолов и сахаридов
1.3.4.2 Природа сырья.
1.3.4.3 Факторы, благоприятствующие образованию углеводородов.
1.3.5 Получение водорода при использовании концентрированных
растворов глюкозы
2. Экспериментальная часть
2.1 Материалы.
2.2 Экспериментальная установка.
2.писание каталитического эксперимента
2.4 Анализ продуктов реакции
2.5 Расчет удельной каталитической активности и анализ селективности
по водороду и углеводородам.
2.6 Катализаторы
2.6.1 Р1А0з
2.6.2 Приготовление катализаторов на основе углеродных носителей
2.7 Исследования свойств структуры и поверхности катализаторов
3. Обсуждение результатов.
3.1 Водяной риформинг полиолов С5С6 в присутствии Р1А0з.
3.1.1 Физикохимические свойства катализатора Р1А0з
3.1.2 Определение области протекания реакции риформинга
в присутствии РА0з.
3.1.3 Идентификация промежуточных соединений и конечных продуктов
в реакции водяного риформиига сахарных спиртов.
3.1.4 Изучение стабильности работы катализатора
в процессе риформиига сорбитола
3.1.5 Влияние условий проведения реакции на параметры процесса
3.1.5.1 Влияние объемной скорости и температуры проведения процесса.
3.1.5.2 Влияние температуры реакции, объемной скорости и концентрации субстрата на распределение углерода между газовой и жидкой фазой
3.1.5.3 Влияние условий реакции на образование газовых продуктов в процессе риформиига сорбитола
3.1.5.4 Влияние условий реакции на образование жидкофазных продуктов в процессе риформиига сорбитола.
3.1.6 Схема превращений сорбитола и образование продуктов реакции.
3.1.7 Водяной риформинг ксилитола изучение влияния структуры субстрата.
3.1.7.1 Изучение стабильности работы катализатора во времени пребывания в потоке в процессе риформиига ксилитола
3.1.7.2 Изучение водяного риформиига ксилитола сравнение с сорбнтолом
3.1.7.3 Изучение состава 1азовой фазы в реакции водяного риформиига ксилитола в зависимости от объемной скорости. Сравнительный анализ
с сорбитолом
3.1.7.4 Изучение образования насыщенных углеводородов в процессе риформиига ксилитола. Сравнение с сорбитолом.
3.1.7.5 Распределение углерода между газовой и жидкой фазой и
анализ селективности
3.1.7.6 Образование жидкофазных продуктов в реакции риформиига ксилитола
3.2 Водяной риформинг ксилитола в присутствии катализаторов Р1С.
3.2.1 Физикохимические свойства катализаторов Р1С.
3.2.2 Изучение стабильности работы катализатора Р1С
3.2.3 Изучение активности катализаторов РСС в реакции риформиига ксилитола.
4. Заключение.
Основные результаты и выводы.
Список цитируемой литературы


Отходы лесопромышленного сектора, например, остатки сосны или эвкалипта представляют меньшую энергетическую ценность в расчете на единицу сухой массы, при этом их стоимость является достаточно высокой . Лигноцеллюлозная биомасса, которая представляет собой наиболее широко распространенный вид биомассы, включает приблизительно целлюлозы, гемицеллюлозы и 0 лигнина . Рис. Хубера и Думссика . Далее в результате дальнейших химических превращений из этих ресурсов может быть получен водород. Рнс. Производство водорода и компонентов топлив из биомассы. Синтезгаз может быть превращен в водород по реакции конверсии водяного пара. При этом непрорсагировавший монооксид углерода должен быть удален из газового потока. Одним из способов удаления остаточного СО является его окисление. Бионефти, получаемые пиролизом древесной биомассы, могут быть превращены в жидкие топлива, но этот процесс является очень энергозатратным и проходит с низкими выходами. В свою очередь из бионеф гей путем автотермнческого риформиига можно получать водород. Наиболее высокие конверсии достигаются при использовании мембранных реакторов. Эффективным процессом превращения сахаридов и сахарных спиртов таких, как сорбитол, в водород является водяной риформинг. В дополнение к уже упомянутым процессам производства водорода и компонентов топлив из биомассы можно привести ферментативные реакции и реакции с участием микроорганизмов. Однако эти процессы не будут обсуждены в данном обзоре в силу того, что не имеют прямого отношения к выполненной работе, при этом их детальное описание можно найти в доступной литературе. Водород, получаемый путем каталитической конверсии биомассы, имеет высокую чистоту и поэтому может быть использован в качестве сырья для топливных элементов. В настоящее время промышленное производство водорода составляет приблизительно Мтоннгод, который в основном используется для синтеза аммиака, метанола, гидроочистки и гидрокрекинга нефти, производства пищевых масел и ряда базовых химических продуктов. Процесс газификации биомассы по своей химической природе близок к процессу газификации угля. Основное отличие состоит в том, что газификация биомассы осуществляется при значительно более низких температурах. Эго объясняется большим количеством функциональных групп, присутствующих в компонентах биомассы и, следовательно, более высокой реакционной способностью. Газификацию проводят при температурах около 0С в присутствии кислородавоздуха или пара. При этом во избежание смолообразования зачастую процесс проводят и при более высоких температурах. Синтезгаз С, СО, Н2 образуется в результате газификации в присутствии кислорода в отличие от процесса производства генераторного газа С, СО, Н2, СП. Ы2, где для газификации используется воздух. В данных условиях происходит целый ряд процессов, включающий пиролиз, парциальное окисление иили паровой риформипг газообразных углеводородов и угля. В таблице 1 представлены основные процессы, происходящие во время газификации ,. Таблица 1. Реакции, происходящие во время газификации компонентов биомассы С6 и соответствующие энтальпии данные из работ Хубера и Думесика , . Тип процесса Уравнение реакции Энтальпия реакции, кДжмоль. Присутствие кислорода или воздуха в процессе газификации способствует парциальному окислению и, напротив, подавляет реакции пиролиза. Несмотря на то, что в процессе пиролиза получается некоторое количество газообразных продуктов, основным продуктом все же является бионефть, смола и сажа. Ахо с коллегами исследовали каталитический пиролиз древесной биомассы и различных полисахаридов в присутствии цсолитных катализаторов, используя в качестве исходного сырья древесину сосновых пород, пульпу свеклы, целлюлозу и галактоглюкоманнан . Процесс проводили в реакторе с кипящим слоем при температурах от 0 до 0С. Авторы исследования отмечают, что в результате пиролиза образуются жидкие, твердые и газообразные продукты. Для большинства исследованных систем основным продуктом являлась бионефть, иными словами, сложная смесь органических веществ, с выходом от до , , при этом количества образующегося водорода были незначительны.