一种生物质转化制备氢气的方法

本申请涉及一种生物质转化制备氢气的方法，属于氢气生产。

背景技术：

1、氢能是清洁的二次能源，燃烧热值高、燃烧的产物是水，被誉为21世纪最具发展前景的二次能源，是未来构建低碳、清洁能源为主的多元能源供给系统的重要能源载体。近年来，我国不断加大对氢能产业发展扶持力度，陆续出台一系列政策推动氢能产业健康发展。氢气根据生产过程中的碳排放情况分为灰氢、蓝氢和绿氢。其中以生物质为原料生产的氢因其可再生性和碳排放低等特性为绿氢，是新型氢能产业研究的核心与前沿。同时，中国作为一个农业大国，每年秸秆总产量达9亿吨，但其利用率极低。因此，发展以木屑和秸秆等农林废弃物为原料转化制备氢气技术具有重要的意义。

2、目前，关于生物质转化制备氢气的研究报道，主要有热解气化法和蒸气重整法。热解气化法通常是在800～1300℃的高温条件下，直接热解生物质气化得到co、co2、h2和ch4混合气体，该过程中还会产生大量的焦油和焦炭，该过程的反应温度高，且伴随着大量副产物气体的产生。而蒸气重整法是生物质转化制备氢气的另一种方法，是在400～800℃的温度条件下，但该过程极易导致催化剂的积碳失活。综上所述，通过目前报道的生物质转化制备氢气方法得到的气体产率低，反应条件苛刻，且反应过程中极易导致催化剂的积碳失活。

3、针对目前关于生物质催化转化制备氢气过程中反应温度高或气体产率低等问题，亟需开发高效的反应体系，降低生物质转化制备氢气的反应温度，并提高氢气的产率。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本申请提出了一种生物质转化制备氢气的方法，针对生物质中的纤维素、半纤维素和木质素组分的结构特点，使用一种高效的催化反应体系，可在较低温度下催化生物质转化直接制备氢气，并提高氢气的产率。

2、根据本申请的一个方面，提供了一种生物质转化制备氢气的方法，将粉碎后的农林废弃物颗粒与催化剂和水混合，在含有非活性气氛的密闭压力容器中反应，得到氢气；

3、所述催化剂为雷尼型催化剂。

4、可选地，还包括反应后催化剂的分离和再利用步骤，其中所述催化剂的分离和再利用是使用磁铁直接吸引反应后的催化剂，并进一步循环使用。

5、可选地，所述改性后的雷尼型催化剂具体为将雷尼型催化剂在naoh溶液中进行脱铝活化处理。

6、可选地，所述雷尼型催化剂为raney ni。

7、可选地，所述雷尼型催化剂还包括负载双金属的雷尼型催化剂。

8、可选地，所述负载双金属的雷尼型催化剂选自raney ni-sn、raney ni-mo、raneyni-al、raney ni-fe或raney ni-cu中的至少一种。

9、可选地，所述农林废弃物为木屑和/或秸秆。

10、可选地，所述木屑选自榉木、桦木、松木或杨木中的至少一种。

11、可选地，所述秸秆选自小麦秸秆、玉米秸秆或稻草中的至少一种。

12、可选地，所述粉碎后的农林废弃物颗粒的粒径<1cm。

13、可选地，所述粉碎后的农林废弃物颗粒的粒径为4～200目。

14、可选地，所述水的体积为所述压力容器的总体积的10％～70％。

15、可选地，所述水的体积为所述压力容器的总体积的10％、15％、45％、50％、70％中的任意值或两值之间的范围值。

16、可选地，所述水的体积为所属压力容器的总体积的10％～50％。

17、可选地，所述水的体积为所述压力容器的总体积的15％～45％。

18、可选地，所述农林废弃物颗粒的加入量为所述水的质量的1％～40％。

19、可选地，所述农林废弃物颗粒的加入量为所述水的质量的1％、2％、15％、25％、40％中的任意值或两值之间的范围值。

20、可选地，所述农林废弃物颗粒的加入量为所述水的质量的1％～25％。

21、可选地，所述农林废弃物颗粒的加入量为所述水的质量的2％～15％。

22、可选地，所述催化剂的加入量为所述农林废弃物颗粒质量的5％～70％。

23、可选地，所述催化剂的加入量为所述农林废弃物颗粒质量的5％～70％。

24、可选地，所述催化剂的加入量为所述农林废弃物颗粒质量的5％、10％、30％、50％、70％中的任意值或两值之间的范围值。

25、可选地，所述催化剂的加入量为所述农林废弃物颗粒质量的10％～50％。

26、可选地，所述非活性气氛选自氮气和氩气中的至少一种。

27、可选地，所述非活性气氛的充入压力为0.1～4mpa。

28、可选地，所述非活性气氛的充入压力选自0.1mpa、2mpa、3mpa、4mpa中的任意值或两值之间的范围值。

29、可选地，所述非活性气氛的充入压力为0.1～3mpa

30、可选地，所述非活性气氛的充入压力为0.1～2mpa。

31、可选地，所述反应的条件为：温度150～350℃，时间1～24h。

32、可选地，所述反应温度选自150℃、200℃、250℃、300℃、350℃中的任意值或两值之间的范围值。

33、可选地所述反应时间选自1h、5h、10h、15h、24h中的任意值或两值之间的范围值。

34、可选地，所述反应的条件为：温度250～350℃，时间1～15h。

35、可选地，所述反应的条件为：温度250～350℃，时间1～10h。

36、采用上述步骤方法将木屑和/或秸秆在温和的条件下直接催化转化制备氢气，其中氢气的产量可达且制备过程环境友好，易于操作，工艺简便，处理效率高，得到高产率的生物质氢气。

37、本申请能产生的有益效果包括：

38、1)本申请所提供的方法，在较低的反应温度和压力条件下，催化木屑和秸秆等农林废弃物直接转化制备氢气，反应条件温和，因此对反应设备的要求较低，具有较大的产业化潜力。

39、2)本申请所提供的方法，使用的催化剂可以直接分离并进一步循环使用，降低了过程工艺的成本。

40、3)本申请所提供的方法，具有操作步骤简单，易于操作，耗能低，过程绿色，是一条环境友好型的工艺过程。

技术特征：

1.一种生物质转化制备氢气的方法，其特征在于，将粉碎后的农林废弃物颗粒与催化剂和水混合，在含有非活性气氛的密闭压力容器中反应，得到氢气；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括反应后催化剂的分离和再利用步骤。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述雷尼型催化剂为raney ni；

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述农林废弃物为木屑和/或秸秆；

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述粉碎后的农林废弃物颗粒的粒径<1cm；

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述水的体积为所述压力容器的总体积的10％～70％；

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述农林废弃物颗粒的加入量为所述水的质量的1％～40％；

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述催化剂的加入量为所述农林废弃物颗粒质量的5％～70％；

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述非活性气氛选自氮气和氩气中的至少一种；

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述反应的条件为：温度150～350℃，时间1～24h；

技术总结本申请公开了一种生物质转化制备氢气的方法，将粉碎后的农林废弃物颗粒与催化剂和水混合，在含有非活性气氛的密闭压力容器中反应，得到氢气，所述催化剂为雷尼型催化剂。本申请提供的方法可以将农林废弃物在温和的条件下直接催化转化制备氢气，其中氢气的产量可达且制备过程环境友好、易于操作、工艺简便、处理效率高，得到了高纯度的生物质氢气。技术研发人员：路芳,司晓勤,卢锐受保护的技术使用者：中国科学院大连化学物理研究所技术研发日：技术公布日：2024/3/4