2060碳中和｜华南理工大学马晓茜教授：生物质热解焦油CO2重整技术研究进展
2060碳中和｜华南理工大学马晓茜教授：生物质热解焦油CO2重整技术研究进展
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华南理工大学马晓茜教授总结了热解焦油CO 2 催化重整过程催化剂的研究现状，围绕高温下镍基催化剂的失活问题，梳理了催化剂在反应过程中的烧结、积碳、中毒等失活特性，总结了金属掺杂改性、核壳结构修饰、空气气氛引入等方式对催化剂抗失活性能的提升作用 ，有望为生物质热解焦油CO 2 催化重整过程高效稳定的催化剂设计提供研究思路。
这是《洁净煤技术》2060碳中和的第19篇文章，欢迎下载、引用。
生物质热解焦油CO 2 重整技术研究进展
马晓茜，廖艳芬，陈新飞
华南理工大学
1）与热解焦油水蒸气催化重整过程相比较，针对生物质热解焦油CO 2 催化重整过程中富CO 2 气氛的特点，分析了催化剂的失活特性。
2）聚焦生物质热解焦油CO 2 催化重整过程丝状积碳沉积导致的催化剂失活，总结了金属掺杂改性、核壳结构修饰、空气气氛引入等方式对丝状积碳形成的影响机制。
研究背景
热解焦油CO 2 催化重整技术可以实现生物质热解焦油与CO 2 向H 2 和CO的协同转化，在降低热解气焦油与CO 2 含量的同时提高系统的能量回收效率。但催化剂在高温下面临烧结、团聚、积碳等问题， 亟需围绕热解焦油CO 2 催化重整过程催化剂的研究现状进行总结，以期为热解焦油CO 2 催化重整过程高效稳定的催化剂设计提供参考 。
研究内容
围绕热解焦油CO 2 催化重整过程催化剂的研究现状进行总结，分析了催化剂在不同热解焦油种类及反应条件下的烧结、积碳、中毒等失活特性， 探究了不同反应条件以及催化剂物化特性对抗失活的作用机制，并针对不同催化剂的失活特性总结了催化剂活性组分、结构调控、反应工况优化方法 。
研究结论
1) 作为焦油催化重整过程的关键功能性材料，催化剂的加入可以提高焦油转化效率。 在众多催化剂中，镍基催化剂活性可以媲美贵金属催化剂，且成本较低，但高温导致的活性组分烧结与副反应形成的积碳导致的催化活性限制了镍基催化剂的长期稳定运行。
2) 少量贵金属掺杂可以提高镍基催化剂活性金属的塔曼温度，提高催化剂的抗烧结性能。 此外，活性金属组分的调控可以限制焦油CO 2 催化重整过程积碳副反应的发生，减少催化剂表面的丝状积碳形成。
3)通过对镍基催化剂表面进行结构修饰， 小尺寸的镍颗粒在核壳结构中的有效分散可以有效限制镍颗粒的迁移与团聚，改善镍颗粒的烧结问题，从而减缓丝状积碳在催化剂表面的扩散速度 ，限制丝状积碳的生成。
4)后续焦油CO 2 催化重整的研究需要进一步研发高效稳定的催化剂， 要求降低CO 2 与焦油活化的反应温度，同时具有优秀的抗积碳与抗烧结性能，从而减少催化剂表面的碳沉积 ，减缓活性位点的烧结失活，实现系统的长期稳定高效运行。
图1焦油CO 2 催化重整丝状积碳沉积示意
表2 不同重整介质下催化重整反应特性分析
引用格式 ：
马晓茜,廖艳芬,陈新飞.生物质热解焦油 CO 2 重整技术研究进展[J].洁净煤技术,2023,29(12):1-10.
MA Xiaoqian,LIAO Yanfen,CHEN Xinfei.Research progress on CO 2 reforming of biomass pyrolysis tar[J].Clean CoalTechnology,2023,29(12):1-10.
通讯作者
马晓茜，毕业于华中科技大学，现任华南理工大学电力学院教授、博士生导师，主要研究方向为燃烧学、固体废弃物能源利用、新能源利用与多能互补等。现兼任广东省节能工程技术创新促进会理事长，广州市能源学会理事长。主持国家重点研发计划项目课题“高温热解气深度净化与高效利用”1项，国家自然科学基金面上项目3项，省部级项目10余项，光大环保（中国）有限公司、广东电网公司电力科学研究院等企事业单位委托科技项目50余项；申请专利200余件，获授权95件，其中获授权发明专利45件；在 Applied Energy、Chemical Engineering Journal、Energy Conversion And Management 等国内外刊物和国际会议发表学术论文500余篇，其中SCI论文250余篇；出版专著8部，编写培训教材2本；获广东省科学技术奖一等奖1项，二等奖2项，广东省环境保护科学技术奖一等奖1项,国家环境保护科学技术奖二等奖1项；已指导硕士、博士研究生和博士后220余人。
作者简介
廖艳芬，毕业于浙江大学，现任华南理工大学电力学院教授、博士生导师。主要从事固体废弃物能源化利用与能源高效清洁利用方面的研究工作。现任广东省能源高效清洁利用重点实验室副主任、教育部高等学校能源动力类专业教学指导委员会委员、中国机械工业教育协会能源与动力工程科学委员会热能工程分委会委员。主持国家自然科学基金（面上项目）1 项，国家自然科学基金青年（基金项目）1 项，广东省科技计划项目 1 项，国家重点基础研究发展计划（973 计划）三级子课题 2 项，企事业单位委托开发项目 25 项；参加国家自然科学基金面上项目 2 项，省部产学研重点项目 1 项，广州市科技重点项目 1 项。已发表科技论文 100 余篇，其中被 SCI、EI 收录论文 30 余篇，研究成果发表在 Chemical Engineering Journal、Applied Energy、Energy Conversion and Management、Bioresource Technology、Applied Thermal Engineering 等著名学术期刊；出版专著 1 部，教材 1 部，申请专利32 件，已获授权 10 件。获省部级奖励 3 项。
陈新飞，毕业于华南理工大学，现任中国科学院广州能源研究所助理研究员，主要研究方向为有机固体废弃物资源化利用。主持国家自然科学基金(青年科学基金项目)1项，中国博士后科学基金面上资助项目1项，广东省自然科学基金面上项目1项，已发表科技论文研究成果发表在 Applied Energy、Bioresource Technology、Fuel 等著名学术期刊。
主要从事生物质能及固体废弃物能源化利用研究，固体废弃物无害化、减量化、资源化焚烧技术，垃圾焚烧工艺与系统能源利用，固体废弃物焚烧中的二次污染及设备腐蚀问题研究，能源动力系统仿真与控制，多相流数值模拟，多能耦合能源动力系统特性与优化，致力于能源高效清洁利用技术研发。
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