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中文摘要
固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种可以将化学能转化为电能的固态发电装置。
在各种燃料电池中,SOFC以燃料范围广泛、能量利用效率高等优点而备受关注。煤
焦化醇氨联产会产生废气,这种废气主要由H(44.22%)、N(27.73%)、CO(9.87%)、
22
CO(9.13%)、CH(8.07%)、O(0.3%)、CHOH(0.26%)和一些其他烃类物质(0.42%)
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组成。由于其含有大量可用作燃料的组分,将其应用于SOFC发电能够减少环境污
染和能源浪费。但是在废气中还存在一定含量的焦油和硫化物,这些物质会毒化传统
Ni基阳极,从而降低电池的性能和使用寿命,限制了废气的直接应用。
本文主要对该废气中焦油组分的去除进行研究。由于废气中含有大量的氢气,且
含有9.13%的CO,因此配制20vol.%CO-80vol.%H的气体负载100ppm微量甲
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苯作为模拟气,将焦油通过CO2重整的方式转化为合成气,因此采用CO2原位重整
的方式对废气中的焦油进行去除,随后采用SOFC技术对催化重整后的废气进行发
电研究。具体研究内容如下:
1、采用溶胶凝胶法制备了FeO-CeO(FC)催化剂和FeO-CeZrO(FCZ)
232230.750.252
催化剂,利用XRD、H-TPR、SEM、热重、XPS等对催化剂进行表征。以甲苯作为
2
焦油的模型化合物,通过固定床反应装置进行了氢气气氛下CO2和焦油的催化重整
性能研究。结果表明,Fe与CeO2之间的相互作用能够提高CeO2基催化剂表面氧空
位和表面微孔数量,提高催化剂表面活性氧的迁移速率和抗烧结能力。FC在甲苯CO2
干重整中表现出较好的活性,以20vol.%CO-80vol.%H负载微量甲苯(100ppm),
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在750°C时,甲苯和CO2的转化率分别为92%和85%,在测试80h后催化活性开
始下降。而FCZ在750°C时甲苯和CO2的转化率分别为94%和90%,催化活性都
略有提高,并且在测试130h后催化活性没有明显下降,这说明Zr的掺杂能够提高
CeO2基催化剂的热稳定性。
2、将催化重整前后的气体直接通入SOFC阳极,研究废气应用于SOFC时电池
的发电性能和稳定性。研究结果表明,没有经过重整的模拟废气直接通入电池时,
-22
800°C电池最大功率密度为0.66W·cm,极化阻抗为0.89Ω·cm。而经过催化剂FC
或FCZ的催化重整后,电池最大功率密度分别增加至0.72W·cm-2和0.77W·cm-2,
22
极化阻抗降低至0.73Ω·cm和0.67Ω·cm。这是由于经过催化剂的重整,燃料气中
的甲苯和CO大部分转化为CO和H,提高燃料气在电池上的气体扩散速率的同时
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I
抑制甲苯类物质在阳极表面的裂解积碳,降低了电池的极化阻抗,从而提高了电池的
电化学性能。
关键词:固体氧化物燃料电池;焦油;甲苯;CO2干重整
II
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