非钯基多相氢分离合金膜研究进展

通过对非Pd基(V,Nb,Ta)多相氢分离合金膜研究现状的分析,总结了合金成分、制备工艺等对多相合金膜微观结构、力学性能、氢渗透性能及抗氢脆性能的影响规律,指出组织形态改变对合金膜的各项性能影响规律是未来非Pd基多相氢分离合金膜重点研究方向.     

膜法天然气提氦

对醋酸纤维素中空纤维膜渗透器分离N2－CH4－He三元混合气者了实验研究，并对膜渗透器级联系统作了讨论，基于膜面积要求和功耗比较，建议采用膜分离法对深冷法相结合的天然气提氦方案。     

致密超薄钯膜的制备及其性能研究

根据金属的Ｐｄ的自催化特性,采用改进的ＰＣＤ法制备致密超薄钯膜,同时考察了氢分压和操作温度对钯膜氢渗透性能的影响以及氢渗透过程扣操作稳定性,结果发现,对金属层厚度为０．３－０．４μｍ的超薄Ｐｄ／ＴｉＯ２复合膜,７７３Ｋ时的氢渗透性为６．３＊１０＾－６ｍｏｌ．ｍ＾－２．ｓ＾－１．Ｐａ＾－１,Ｈ２／Ｎ２的分离系数为１１４０左右。氢渗透超薄钯膜的稳定时间为８０ｈ左右,而且钯膜的氢渗透速率在６７３－７７３     

化学镀法制备钯银陶瓷复合透氢膜

通过化学镀法在多孔陶瓷基底表面制备一层钯银合金膜，并探讨了各种因素对镀层性质的影响。制得的膜厚约１μｍ，室温下对５０％，Ｈ２－５０％Ｎ２混合气进行实验，所得氢气纯度可达９９％。     

Ni系非晶态合金膜的晶化过程与吸氢性能（I）——Ni系非晶态合金膜的DSC、XRD、EXAFS和TPD表征

利用改进的化学镀镍技术,制备了对氢具有高选择性和透过性Ni基非晶态合金膜,并用DSC和XRD技术表征了膜的晶化过程.结果表明,Ni-Ru-P非晶态合金膜的热稳定性明显高于Ni-P膜,并且Ni-P合金的晶化过程是由无定形NixPx生成Ni2.55P和Ni的微粒,最后转化为更稳定的Ni和Ni3P结构.EXAFS结果证实,新制备的Ni-P合金膜具有长程无序结构.晶化后,长程无序结构消失.H2-TPD分析发现,Ni-P非晶态合金膜的吸氢性能完全不同于晶化后的Ni-P合金膜.晶化后,Ni-P非晶态合金膜中的粒子聚集和弱的吸附位消失.     

Ni系非晶态合金膜的晶化过程与吸氢性能(I)——Ni系非晶态合金膜的DSC、XRD、EXAFS和TPD表征

利用改进的化学镀镍技术,制备了对氢具有高选择性和透过性Ni基非晶态合金膜,并用DSC和XRD技术表征了膜的晶化过程。结果表明,Ni-Ru-P非晶态合金膜的热稳定性明显高于Ni-P膜,并且Ni-P合金的晶化过程是由无定形NixPx生成Ni2.55P和Ni的微粒,最后转化为更稳定的Ni和Ni3P结构。EXAFS结果证实,新制备的Ni-P合金膜具有长程无序结构。晶化后,长程无序结构消失。H2-TPD分析发现,Ni-P非晶态合金膜的吸氢性能完全不同于晶化后的Ni-P合金膜。晶化后,Ni-P非晶态合金膜中的粒子聚集和弱的吸附位消失。     

操作参数对膜接触器捕集ＣＯ２性能的影响及优化研究

在膜接触器实验装置上,研究了一乙醇胺（MEA）溶液捕集混合气中CO2的操作性能,考察了气液流速、吸收剂和混合气的浓度等因素对出口气相CO2摩尔分数y（CO2）和总传质系数的影响,采用正交实验方法优化操作条件,确定最佳操作方案.结果表明：y（CO2）随液速增大而减小,随气速增大而增大;总传质系数随流速增大而增大,气速的增大对总传质系数影响不明显;吸收剂浓度增大,混合气CO2浓度增大,总传质系数增大;正交试验得出最佳操作条件为液速70mL·min^-1、气速0.6L·min^-1、MEA浓度2.0mol·L^-1和y（CO2）为10%,此时总传质系数为2.86×10^-4m·s^-1.     

Ni系非晶态合金膜的晶化过程与吸氢性能（Ⅱ）——Ni系非晶态膜的XPS和XAES表征

利用改进的化学镀镍技术,制备了对氢具有高选择性和透过性Ni基非晶态合金膜,并通过XPS和XAES手段对Ni-P非晶态合金膜表面进行了考察。结果表明,Ni-P合金表面物种,Ni以Ni_2O_3,而P以P~(5+)的形式存在,体相以元素态Ni~0和P~0存在为主。Ni-P合金膜经高温晶化后,P由体相向表面扩散。     

用于渗透蒸发的多层复合膜的研究

本文讨论了渗透蒸发多层复合膜的膜材料的选择及其制作方法,并对渗透蒸发膜的发展趋势作了予测。     

CO_2环境对X80管线钢氢渗透行为的影响

由于以往的研究忽视了CO_2对氢渗透的促进作用,所以利用高压反应釜氢渗透测量系统研究了中性和酸性环境中CO_2对X80管线钢氢渗透行为影响.研究发现CO_2对氢渗透具有促进作用,在中性环境中CO_2的氢促进作用为H2S的1/20,腐蚀速率比较低,FeCO3腐蚀产物呈颗粒状,对氢渗透电流无明显影响.酸性环境中CO_2氢促进作用增大为H2S的1/10,腐蚀速率较中性CO_2条件下提高了3倍,FeCO3腐蚀产物膜将基体表面完全覆盖.反应初期颗粒状FeCO3腐蚀产物增大了CO_2的附着面积而促进氢渗透,随着腐蚀产物膜加厚,对氢渗透具有抑制作用,造成氢渗透曲线值的降低.     

Study on Production of Hydrogen from Methane for Proton Exchange Membrane Fuel Cell

The hydrogen production from methane for proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) was studied experimentally. The conversion rate of methane under different steam-carbon ratios, the effect of the different excess air ratios on the constituents of the gas produced, the permeability of hydrogen under different pressure differences, and the effect of different system pressure on the reaction enthalpy of hydrogen were obtained. The results lay the basis for the production of hydrogen applicable to PEMFC, moreover, provide a new way for the comprehensive utilization of the coal bed methane.     

从含氢气体中分离提浓氢气技术的研究进展

介绍了传统分离含氢气体混合物的主要方法,包括深冷分离、变压吸附及膜分离,并重点介绍了水合物法分离含氢气体混合物技术的国内外研究现状,同时将传统的分离方法和水合物法进行了比较,指出了水合物方法在分离含氢气体混合物方面的优势及巨大的潜力。     

甲烷制备高纯度氢气的实验研究

对甲烷制备可供质子交换膜燃料电池(PEMFC)用的高纯度氢气进行了实验研究，得出了不同蒸汽／碳比值时甲烷的转化率、不同过量空气系数对制备气体成分的影响、不同压差时氢气在选择性膜中的渗透率以及不同系统压力对氢气反应焓的影响规律．研究结果表明，在蒸汽与甲烷中的碳比例一定时，蒸汽重整反应器内的反应速率和它出口处CO的浓度，随甲烷的流量的增加而提高．提高甲烷蒸汽重整系统的工作温度和压力，可以提高甲烷的转化率，在S／C比值不变的情况下，仅提高温度可提高甲烷的转化率约10％；而将工作压力由0．1MPa提高到0．6MPa，甲烷的转化率提高约21％．甲烷的理论转化率为84．6％，本文实验研究中的最大实际转化率为78．03％，实验研究系统的系统完善度为92．23％，说明该系统还有待完善之处，还可以进一步提高甲烷的转化率．增大PEMFC中选择性膜两侧的压差或提高氢气的纯度，均利于提高氢气混合物的渗透率．该研究为制备符合PEMFC使用条件的氢气提供了可靠依据，同时为综合利用煤层气提供了新的途径。     

5 kW质子交换膜燃料电池堆之气体与水管理系统

开发了一个气体与水管理系统,藉以配合5kW质子交换膜燃料电池堆(Ballard 1310),使燃料电池的发电效率提升,并应用在小型运输工具之辅助动力装置(APU).气体与水管理系统包含4个子系统:氧化物供应系统、氢气供应系统、冷却系统与控制系统.原设计之各子系统中,感测组件过多以及管路过长,易出现热耗散及不均匀的现象,使供应气体温度下降.在新的简化设计中,减少各系统中的感测组件及缩短的管路,能有效提升供应气体之温度,提升燃料电池的性能.此外,电池效能会被在不同负载下的气体相对湿度与氢气消耗量影响,氢气消耗量在负载100A时较负载10A时多44%,故分析氢气于各负载下的消耗情形与气体相对湿度,有助于设计理想的氢气再循环机制,而提升氢气的使用效率.为使总输出功率可达10kW,后续工作将以另一5kW燃料电池堆系统与原系统结合二极管做串并联组装,且因两电池堆之效能输出几乎一致,故全系统将可进行长时间且稳定之高功率输出.实验结果显示在空气进口温度51℃与相对湿度54%时,电池堆最理想效能可达到65.5%.     

不同湿度的H2S在Fe2O3表面的吸附反应研究

研究了H2S在Fe2O3表面的吸附反应过程,考察了温度,H2S湿度,H2S起始体积分数,Fe2O3湿度对吸附反应的影响。结果表明：温度的降低,H2S湿度和起始体积分数的增加,均促进吸附反应;而且当Fe2O3的湿度为10％时,吸附H2S的体积分数最大。干燥的H2S在干燥的Fe2O3表面也发生吸附反应,生成FeS,对设备产生一定的腐蚀作用。     

掺氢天然气管道输送工艺特性

将氢气掺入现役天然气管道中混输是实现氢气大规模、长距离、低成本储运的有效方法,但是氢气的掺入会对天然气管道水力特性和安全等方面造成较大影响。为此,采用SPS软件对不同混氢比（均为摩尔分数）的天然气管道输送工况和泄漏工况进行仿真计算,探究掺氢对天然气管道水力特性、离心压缩机运行特性、泄漏后截断阀压降速率及泄漏量的影响。结果表明,掺入氢气会降低天然气管网的输气效率和压缩机性能,可通过增大压降的方式确保管道输气效率不变;在相同天然气需求下,随混氢比的增大,管道动态压力波动减小;掺氢天然气管道泄漏后,随着混氢比的增加,压降速率和泄漏量均增大,管线截断阀压降速率阈值设定值也要相应增大。该研究成果为确定天然气管道最大混氢比的研究奠定了一定基础,为天然气管道掺氢输送工艺的确定提供了有效借鉴。     

A review of engine application and fundamental study on turbulent premixed combustion of hydrogen enriched natural gas

The application and fundamental study on turbulent premixed combustion of hydrogen enriched natural gas is reviewed in this paper.Discussions include the combustion characteristics of direct injection engine fueled with hydrogen enriched natural gas,visualization study of direct injection combustion of hydrogen enriched natural gas using a constant volume vessel,and the fundamental study of turbulent premixed combustion of hydrogen enriched natural gas.The effect of additional hydrogen on the combustion process of natural gas engine is investigated from the fundamental view of the interaction between combustion reaction and turbulent flow.     

Development of an Internally Circulating Fluidized Bed Membrane Reactor for Hydrogen Production from Natural Gas

An innovative Internally Circulating Fluidized Bed Membrane Reactor (ICFBMR) was designed and operated for ultra-pure hydrogen production from natural gas. The reactor includes internal catalyst solids circulation for conveying heat between a reforming zone and an oxidation zone. In the reforming zone, catalyst particles are transported upwards by reactant gas where steam reforming reactions are taking place and hydrogen is permeating through the membrane surfaces. Air is injected into the oxidation zone to generate heat which is carried by catalyst particles to the reforming zone supporting the endothermic steam reforming reaction. The technology development process is introduced: cold model test,pilot plant and industrial demonstration unit. The process flow diagram and key components of each unit are described.The ICFBMR process has the potential to provide improved performance relative to conventional SMR fixed-bed tubular reactors.     

强化甲醇制氢反应的酚醛树脂基炭膜制备

为了强化甲醇制氢反应,分别以酚醛树脂和间苯二酚-甲醛为前驱体,制备了炭膜及复合炭膜.采用扫描电镜和氮气物理吸附等手段对炭膜及复合炭膜的微观形貌与孔径分布进行了分析.考察了原料粒度及固化剂用量对炭膜孔结构以及涂膜次数对复合膜分离性能的影响,并将所制备的炭膜与复合炭膜耦合在反应器内用于强化甲醇水蒸汽重整制氢反应.结果表明,当固化剂质量分数为6%时,炭膜孔径分布最窄,且平均孔径为0.16μm.随涂膜次数从1次增至3次,复合炭膜的透气性先降低后增大.对于甲醇水蒸汽重整制氢反应的转化率而言,炭膜与复合炭膜反应器分别比传统固定床提高了1.6倍和1.9倍.     

硫化氢脱除以及物理场在该过程中的应用前景

硫化氢是普遍存在于煤气、天然气和化学原料的合成气等中的有害物质之一,它不仅影响后续加工过程,而且会造成环境污染。对可再生溶剂吸收脱硫、固定床吸收脱硫、膜分离方法脱硫、直接转化为硫脱硫和生物脱硫等五个方面,对脱硫方法的研究进展进行了简述。然后,对物理场脱硫进行了评述,分析了物理场在工业脱硫中的可行性和发展方向,指出将物理场脱硫与传统工艺结合,具有较为广阔的应用前景。