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外循环移动床生物质催化气化制氢工艺研究的开题报告
一、研究背景和意义
目前，氢能作为一种清洁能源被广泛关注和研究。以生物质为原料制氢是一种可持续发展的途径，也是实现生物质资源利用的重要方式。传统的生物质热解技术虽然可以制备生物质气体，但是气体成分复杂，含有大量CO、CO2等低价值气体，需要进行后续高成本的气体净化和分离。而生物质催化气化可以实现一次性高效的气体净化和分离，大幅度提高氢气制备效率和降低制氢成本。
目前，生物质催化气化技术主要采用固定式床和流化床催化气化方式。但固定式床催化气化存在传质阻力大、温度场分布不均等问题，而流化床催化气化则存在操作复杂，催化剂迅速失活等问题。因此，本研究旨在开发一种新型的外循环移动床生物质催化气化制氢工艺，以提高催化剂的利用效率和制氢效率，降低生物质催化气化的能耗成本和环境污染。
二、研究内容和方法
1.设计和制造外循环移动床催化气化反应器：利用计算机辅助设计（CAD）和计算机数值模拟（CFD）技术，设计和制造外循环移动床催化气化反应器。
2.催化剂的制备：采用溶胶凝胶法制备高活性、高稳定性的镍基催化剂，并进行表征和评价。
3.生物质催化气化制氢实验：以木屑为原料进行生物质催化气化实验，采用制氢效率、气化效率、气体组成等指标评价其制氢性能。
4.反应过程机理研究：采用催化剂稳定性测试，气体分析、催化剂表征等手段，研究生物质催化气化制氢反应过程机理，为优化制氢工艺提供理论依据。
三、预期成果
1.制备高活性、高稳定性的镍基催化剂，并建立完整的表征方法和评价体系。
2.开发新型外循环移动床生物质催化气化制氢工艺，建立制氢效率、气化效率、气体组成等评价指标，并探究其反应机理。
3.领先国内外同类研究，提高生物质资源利用率，减少能源消耗和环境污染，具有广泛的应用前景和社会价值。
四、研究计划
1.前期准备（1个月）：收集国内外最新的生物质催化气化制氢技术研究数据和经验，建立工艺模型和计算模拟模型。
2.催化剂的制备和表征（6个月）：采用溶胶凝胶法制备镍基催化剂，并进行表征和评价。
3.外循环移动床生物质催化气化反应器设计和制造（6个月）：采用计算机辅助设计和计算机数值模拟技术，设计和制造外循环移动床催化气化反应器。
4.生物质催化气化实验（6个月）：在设计制造的反应器中进行生物质催化气化实验，并进行制氢效率、气化效率、气体组成等指标的评价。
5.数据分析和机理研究（3个月）：采用实验数据分析、催化剂表征和机理研究等手段，研究生物质催化气化制氢反应过程机理。
6.论文撰写和成果推广（4个月）：综合分析研究结果，撰写论文，并向学术会议和期刊推广研究成果。
五、参考文献
[1]赵明强,黄庆华.生物质气化制氢技术现状及展望[J].可再生能源,2019(1):1-8.
[2]郁梦杰,刘娜,张园园,等.生物质催化气化制氢技术研究进展[J].化工技术与开发,2018,47(3):1-5.
[3]张文涛,余甜,张高阳,等.固定床催化气化技术研究进展综述[J].精细石油化工进展,2019,10(6):91-98.