Au-NiO/TiO2催化剂上甲醇自热重整和水蒸汽重整制氢的比较研究

研究了共沉淀法制备Au—NiO／TiO2甲醇制氢催化剂,考察了甲醇自热重整和水蒸汽重整制氢反应条件如反应温度、氧（或水）醇比等对甲醇转化率、氢气产率和二氧化碳选择性的影响。研究结果表明：对于甲醇自热重整反应,当温度为200℃,进料空速（WHSV）为3．42h^-1,n（O2）：n（CH3OH）=0．30时,催化剂活性最好;对于甲醇水蒸汽重整反应,最佳反应条件为：反应温度275℃,n（H2O）：n（CH3OH）=1．0,液体进料空速为3．42h。     

基于Cu-Zn/Al_2O_3-ZrO_2催化剂的甲醇水蒸汽重整制氢试验

模拟内燃机尾气余热在非贵金属催化剂Cu-Zn/Al2O3-ZrO2的作用下,进行甲醇水蒸汽重整制氢试验.采用自行设计的燃料重整制氢装置,通过调整燃料重整的试验条件来提高产氢率,并得到较优的重整制氢方案.结果表明:反应温度是甲醇水蒸汽重整反应中最关键的因素,重整气中氢气的体积分数随着温度的升高而逐渐加大.空速会直接影响反应原料滞留在催化剂表面的时间,因此空速为最小值376 h-1时,重整制氢效果更好.最佳的水醇物质的量比和原料流量分别为6∶1和0.4 mL/min.在最佳的试验条件组合下,当反应温度为600℃时,重整气中氢气的体积分数可以达到56.61%.因此,基于Cu-Zn/Al2O3-ZrO2催化剂的车载甲醇水蒸汽重整制氢技术具有实际应用的可行性.     

流化床膜反应器甘油强化重整的数值模拟

为实现生物柴油副产物甘油在制氢行业的发展,以流化床甘油重整制氢为研究对象,基于双流体模型和颗粒动力学理论,结合甘油重整反应动力学模型,并嵌入二氧化碳吸附动力学模型和氢气膜分离模型来描述两种强化重整方法的作用. 对流化床反应器生物甘油强化重整制氢过程开展了数值模拟,对反应器内颗粒浓度、组分浓度、温度进行预测,探究重整过程中气固两相流动与反应特性,分析氢气膜分离和二氧化碳吸附两种强化重整方法的相互作用规律,评价操作参数对重整性能的影响. 结果表明:二氧化碳吸附可以抑制浓度极化阻力,提高氢气渗透速率;吸附剂与催化剂比例为1∶1时,与没有吸附剂相比,氢气相对产量提高了5%;氢气分离膜厚的减少会进一步提高二氧化碳吸附速率,当膜厚从300 μm减少到30 μm时,吸附速率提高1.4%;催化-吸附双功能颗粒的使用可以加强二氧化碳的吸附水平,同时促进氢气分离过程,相较于无吸附强化,氢气渗透量提高了近20%.     

NiO/Pr_xZr_(1-x)O_y催化剂的制备及催化性能研究

以碳酸氢铵为沉淀剂,采用共沉淀法制备Pr_xZr_(1-x)O_y系列载体(其中,x=0.1,0.2,0.3,0.4,0.5),再用浸渍法负载镍制备镍基催化剂.分别用XRD,H_2-TPR及TPO表征催化剂的结构和氧化还原性质,在微型固定床反应器上考察了催化剂在甲烷水蒸气重整制氢反应中的活性.结果表明:所制备的催化剂在甲烷水蒸气重整制氢反应中有良好的活性和抗积炭能力,镨锆元素的摩尔比为2∶8时,催化剂的活性是最好的,650℃时甲烷转化率达到94%,氢气的摩尔百分数达到78.4%.     

载体酸碱性对镍基催化剂催化甘油水蒸汽重整制氢影响

采用等体积浸渍法制备了以Al2O3,SiO2,ZnO,MgO,白云石(CaMg[CO3]2)等具有不同酸碱性质氧化物作为载体的负载型镍基催化剂.在固定床反应装置中考察了上述催化剂的甘油水蒸汽重整制氢的催化性能.结果表明:在常压、反应温度350～500℃条件下,载体酸碱性对镍基催化剂甘油水蒸汽重整制氢的催化性能影响很大.相比负载于酸性氧化物载体的镍基催化剂(Ni/Al2O3,Ni/SiO2),负载于碱性氧化物载体的镍基催化剂(Ni/白云石,Ni/MgO)能够获得更高的甘油转化率以及氢气选择性,在450℃时甘油转化率与氢气选择性可分别达到100％和84％.这表明以碱性氧化物作为负载镍催化剂载体时,镍基催化剂对甘油水蒸汽催化重整制氢反应有较好的催化性能.     

VMS有机-无机杂化膜的制备及其防腐性能研究

以乙烯基三甲氧基硅烷（VMS）为前驱体,采用浸涂法在LY12铝合金表面制备了有机一无机杂化防腐保护膜．分别考察了涂膜次数、固化剂用量和溶剂用量对膜层防腐性能的影响,成膜的最佳工艺条件为：固化剂过氧化苯甲酰（BPO）的加入量为凝胶量的2％（质量分数）;凝胶质量与溶剂质量的比为0．17;涂膜四次．利用动电位极化曲线、盐雾实验和盐水浸泡实验评价了膜层的耐腐蚀性能．结果表明,乙烯基三甲氧基硅烷（VMS）膜层可使腐蚀电流减小到原来的1／300左右,同时也使得试片耐长久腐蚀的能力显著增强．     

圆台形二甲醚水蒸气重整制氢反应器设计与优化

设计了一种圆台形二甲醚水蒸气重整制氢反应器,并建立了二甲醚水蒸气重整制氢反应系统数值模型,利用COMSOL软件对建立的数值模型进行求解,仿真和实验的数值结果基本一致.通过对重整反应器的结构进行优化,获得更高的二甲醚转化率,研究圆台锥度变化对重整反应的影响,分析反应条件对二甲醚转化和制氢的影响.结果表明,在一定范围内增加锥度时,可以获得较高的产氢率和热效率.通过结构优化,二甲醚水蒸气重整反应系统可获得92.21%的二甲醚转化率,90.54%的产氢率,热效率最高可达74.6%.     

甲烷重整制氢气的研究进展

甲烷(天然气)资源丰富,氢碳比高,是良好的制氢原料.本文对各种重整制氢过程,包括水蒸汽转化、部分氧化、二氧化碳重整、自热重整、甲烷裂解进行了综述,并对甲烷重整制氢的前景给予了展望.     

甲醇部分氧化制氢的热力学分析(Ⅰ)

在研究甲醇部分氧化制氢的基础上,结合甲醇水蒸气重整制氢和甲醇催化裂解制氢,研究甲醇部分氧化制氢体系的热力学行为,判断各个反应的热力学竞争能力,建立甲醇部分氧化制氢体系的反应网络,确定CO水蒸气变换反应为甲醇部分氧化制氢体系的主导反应.经研究该反应的发生有利于提高目的产物H2的含量和降低有害气体CO的残余含量,但该反应的热力学竞争能力并不占优势;采用适宜的催化剂和工艺条件可提高该反应的实际竞争能力;研究还表明合成氨变换催化剂可用于甲醇部分氧化制氢体系,并存在适宜的反应条件.     

内燃机余热甲醇催化重整制氢装置设计及实验研究

氢气随车携带不便,为了能在线产生富氢气体供给内燃机燃烧,并大幅度提高内燃机的热效率,降低排放,降低热、噪声的污染,提出应用内燃机尾气余热对甲醇进行催化重整以产生氢气的方法.设计了一套内燃机余热甲醇催化重整制氢装置,在内燃机排气余热和催化剂的共同作用下,把甲醇水溶液重整成富氢气体.重整反应器为蜂窝陶瓷载体,重整催化剂为Cu/Zn/Al/Zr,采用管式换热器对载体进行加热,甲醇水溶液在载体孔道中发生催化重整反应.实验结果表明:随着发动机排气温度的增加,重整器产氢率提高,在排气温度为350℃时,重整气中氢气的体积分数达到41.9%.达到了实验预期要求.     

甲烷蒸汽重整制氢过程的数值模拟

应用过程模拟软件Aspen Plus,选择合适的单元操作模型和热力学方法,实现了对甲烷蒸汽重整制氢系统的模拟。研究了反应器中水碳比、操作温度、操作压力对氢气产率的影响规律。模拟结果表明,氢气产率随水碳比的增大而提高;压力较低时,随着操作温度的升高,重整反应器(R1)氢气产率增长趋势越来越快,压力较高时,操作温度变化对氢气转化率的影响相对较小。温度较低时,R1氢气产率与操作压力的关系曲线呈指数函数形式,温度超过一定值,呈二次函数形式。所得模拟结果符合甲烷重整反应及变换反应的反应规律,可为甲烷重整制氢的生产和节能提供理论依据。     

溶胶-凝胶法制备微滤陶瓷膜管的研究

实验采用溶胶-凝胶法，以他03多孔陶瓷为基体制备出了性能良好的他03复合陶瓷微滤膜管。通过TG—DTA、XRD、SEM分析，微滤陶瓷管膜层表面有均布的气孔、窄的孔径分布，且从其断面图可以观察到膜与基体之间的界面过渡连续，并可以看到具有梯度分布的孔结构。本文还探讨了涂膜工艺、膜组分配比对微滤陶瓷膜管性能的影响。     

多孔纤维型重整微反应器的等效电阻网络建模

针对应用于重整制氢微反应器的复杂多孔金属纤维载体（PFS）的流速场高效分析难题,建立载体中随机微通道的等效电阻网络分析模型. 基于复杂随机纤维结构的统计网络模型,将纤维载体中三维联通的随机微通道结构及与之相连的进出口腔简化为规则的网络通道结构.借鉴基尔霍夫定律,建立纤维载体的等效电阻网络模型,并确定求解方法. 纤维载体流速场实例分析的结果表明,基于等效电阻网络模型求解的纤维载体流速场与计算流体力学(CFD)方法的结果之间的皮尔森相关系数约为98%,且求解效率约为CFD方法的2.9×10⁴倍. 研究成果为多孔纤维型重整制氢微反应器的设计制造提供了新的支撑方案.     

千瓦级PEMFC甲醇水蒸气重整制氢过程热力学模拟

运用Aspen Plus软件对千瓦级质子交换膜燃料电池甲醇水蒸气重整制氢系统进行热力学模拟分析,考察不同水醇物质的量比(0.8~1.6)、反应温度(140~400℃)及压力(101.325~506.625kPa)对甲醇水蒸气重整过程的影响。结果表明,升高反应温度可以提高甲醇平衡转化率和CO摩尔分数,但会降低重整气中H2摩尔分数;增大压力会降低甲醇平衡转化率,但对H2和CO摩尔分数的影响较小;增加水醇物质的量比n(W)/n(M),甲醇平衡转化率增大,但大量水蒸气的使用会增加系统的负荷,降低热效率,所以合适的n(W)/n(M)为1.2~1.4;通过对整个氢源系统的模拟发现,经甲醇水蒸气重整、水汽变化和选择性氧化后,出口气中H2摩尔分数为64.27%,CO摩尔分数小于10-5,可为千瓦级质子交换膜燃料电池提供氢源。     

支撑复合炭膜的制备及其结构

支撑体复合炭膜是一种在许多性能方面优于聚合有机膜的新型炭膜,根据孔径大小不同可用于气体分离或水处理。采用喷涂法,以酚醛树脂作为碳源,陶瓷管为支撑体制备出支撑复合炭膜,通过泡压法测定其平均孔径,并利用红外光谱、热重分析以及扫描电镜对其结构进行表征与分析。结果表明:多次高温烧结可以有效改善陶瓷管的内部结构,减少过渡层缺陷,炭层和支撑体之间主要通过机械粘结的方式结合在一起;支撑复合炭膜的平均孔径为0.09μm,在0.50 MPa下的纯水通量可达1.46 kg·h~(-1)·m~(-2)。     

NiO对Au/TiO2催化甲醇水蒸汽重整制氢性能的影响

采用沉积沉淀方法制备了一系列Au—NiO／TiO2催化剂,考察了助剂NiO的加入量、焙烧温度对催化活性的影响。研究表明：助剂NiO的加入可以明显提高Au—NiO／TiO2催化甲醇水蒸汽重整制氢的活性;Au与NiO的配比存在最佳值,当Au负载量（质量分数）为2％,Au与NiO的质量比为1：5时,催化效果最佳;2％Au-10％NiO／TiO2催化剂的催化活性随焙烧温度的升高而降低。     

数值研究车载甲醇重整制氢反应器

为研究车载甲醇重整制氢反应器内温度场和混合气体组分体积分数的分布情况,建立了描述催化器内复杂物理化学过程的二维数学模型。并用STAR-CD软件,选用TGrid网格技术、层流模型采用有限体积差分方法离散方程,用SIMPLE算法进行迭代求解,对催化器内的稳态流场进行了数值计算。模拟结果可以直接表征反应器内的温度场、气体组分体积分数分布。为了验证模型的可靠性,在自行设计的试验台上测试了反应器内温度分布和气体体积分数。经比较计算值与实验值相吻合。应用数学模型研究了管径对催化器的影响,结果表明随管径的增加,反应器内的温差增加;管径对气体组分体积分数影响不大。     

溶胶-凝胶模板法控制合成中孔发达热解炭

目的合成具有发达中孔特征的热解炭材料,实现热解炭纳米孔结构的层次控制.方法采用溶胶-凝胶工艺与模板法相结合的制备方法,利用扫描电镜、透射电镜、热分析和孔径分析等方法进行结构和性能表征.结果获得了2~50 nm孔隙发达、孔径分布集中的热解炭材料,在质量分数为8%NaOH制备条件下样品的最可几孔径位于15.9 nm位置,孔径分布半峰宽18.7 nm;通过调整炭化温度及凝胶环境介质碱度条件,可进一步调整控制样品微孔与中孔部分的相对体积含量.结论采用溶胶-凝胶模板法可实现对中孔发达热解炭的控制合成,工艺简便可靠,环境友好性强.     

循环气相酯化-酯交换——水蒸汽蒸馏法制备生物柴油的研究

循环气相酯化-酯交换-水蒸汽蒸馏技术是以动、植物油为原料制备生物柴油的新工艺.该工艺将连续带水、甲醇精馏和气化有机地结合在一起,达到快速降酸的效果,提高酯化反应的效率;水蒸汽蒸馏技术实现生物柴油与未反应原料的有效分离,不需要二次酯交换反应就获得了高纯度的生物柴油.与传统技术相比,整个工艺合理,具有环境友好性,设备通用、易操作,适用于高酸值的动、植物油和中性油脂制备生物柴油.制备过程的可连续性为产业化生产自动化控制奠定了较好的基础.     

原位合成SiCp/(Mo,W)Si2复合材料的组织与性能

以Mo粉、W粉、Si粉和C粉为原料,采用原位反应高温热压一次复合工艺制备了不同配比的SiCp/(Mo,W)Si2复合材料。采用光学显微镜、扫描电镜和X射线衍射仪研究了其显微结构,并测定了其力学性能。结果表明,SiCp/(Mo,W)Si2复合材料中的增强相SiC颗粒分布在基体MoSi2的晶界和晶内,WSi2固溶于MoSi2,起到了协同强化的作用,强化效果比单独加入SiC或WSi2更为显著。该种复合材料的抗弯强度最高达到592 MPa,断裂韧性达到5.9 MPa.m1/2,维氏硬度达到19.4 GPa,分别比相同工艺制备的纯MoSi2提高了约5倍、2.1倍和2.2倍。