Hydrogen production from partial oxidation of dimethyl ether by plasma-catalyst reforming

Hydrogen was produced from partial oxidation reforming of DME （dimethyl ether） by spark discharge plasma at atmospheric pressure. A plasma-catalyst reformer was designed. A series of experiments were carried out to investigate its performance of hydrogen-rich gas production. The effects of reaction temperature, catalyst and flow rate on gas concentrations （volume fraction）, hydrogen yield, DME conversion ratio, specific energy consumption and thermal efficiency were investigated, respectively. The experimental results show that hydrogen concentration and the flow rate of produced H2 are improved when temperature increases from 300 ℃ to 700 ℃. Hydrogen yield, hydrogen concentration and the flow rate of produced H2 are substantially improved in the use of Fe-based catalyst at high temperature. Moreover, hydrogen yield and thermal efficiency are improved and change slightly when flow rate increases. When catalyst is 12 g, and flow rate increases from 35 mL/min to 210 mL/min, hydrogen yield decreases from 66.4% to 57.7%, and thermal efficiency decreases from 35.6% to 30.9%. It is anticipated that the results would serve as a good guideline to the application of hydrogen generation from hydrocarbon fuels by plasma reforming onboard.     

等离子体制氢技术在汽车中的应用

等离子体制氢技术利用碳氢燃料和空气组成的浓混合气通过电弧放电区域时产生的等离子体中的活性自由基(如O、OH、O3等),引发部分氧化反应,生成富氢气体,它被认为是一种高效低成本的富氢气体或氢气的制造方法.综述了等离子体制氢技术在汽车应用中的发展现状,其中包括等离子体在燃料电池重整制氢装置、传统汽车发动机和车用发动机后处理装置中的应用.对等离子体制氢技术在汽车中的应用优势与不足进行了详尽剖析,提出了应用中需要解决的问题和对策.     

钴酸锂电池性能研究

钴酸锂电池比能量高,循环寿命长,是一些便携式电子设备电源的首选。为了进一步了解钴酸锂电池的性能,以3.6V/2.2Ah钴酸锂电池为实验对象,对电池的基本性能进行了研究。首先,进行了容量实验,研究了电池在不同倍率下的放电特性;其次,利用静置法研究了电池的充放电平衡电势(Electro motive force,简称EMF),分析了电池的平衡电势曲线;最后,得到了电池在不同SOC下的充放电欧姆内阻、极化内阻和总内阻,发现当SOC0.1时,内阻变化较大,当0.1SOC1.0时,内阻变化较小。     

微重力环境电解水制氢气液分离方法研究进展

电解水制氢是目前常用的制取氢气方法,而气液分离技术是整个电解水制氢系统的核心技术之一,用以除去氢气中混有的液态水。气液分离技术按照分离机理可分为重力沉降分离、惯性碰撞分离、旋流分离等方式。为适应航天工程发展,我国正在开展月球制氢的研究。分别在地面环境和月球微重力环境下,对重力分离器和旋流分离器的分离效果进行对比仿真分析。仿真结果表明,在月球微重力环境下,受重力场减弱的影响,重力分离器分离效果变差,不宜使用。微重力环境下常用的气液分离技术按是否含有运动部件分为静态分离和动态分离。吸附分离利用多孔材料吸收实现分离,成本低、操作简单,但效率偏低;毛细作用分离利用表面张力实现分离,分离效果好,但存在管道设计问题;旋流分离和动态离心分离都是利用气液两相的密度差异实现分离,体积小、可靠高效,但前者需要预先设计复杂管路,后者需要额外供给电机能量并关注密封、振动问题;惯性分离通常只作为辅助手段。溶解分离通过改变溶解度使气体暂时溶解于液体中,从而有效避免气体杂质对于整个系统的危害,目前尚处于研究阶段。     

二甲醚部分氧化重整制氢的研究

应用自制的二甲醚部分氧化重整制氢的实验及测量系统研究了催化剂、温度、空醚比与流速对反应过程的影响.结果表明,以活性碳为载体的金属Fe催化剂能够提高二甲醚部分氧化反应的反应速率;在常压、温度550～650℃条件下,随温度的升高,二甲醚转化率及氢气产率、甲烷、一氧化碳含量都呈增加趋势;在空醚比0.6～2.5条件下,空醚比的增加能够提高二甲醚转化率,减少甲烷的体积百分含量;随流速的增加二甲醚的转化率和氢气产率同时降低.     

二甲醚部分氧化重整反应器的数值模拟与分析

为研究二甲醚部分氧化重整反应器内不同气体组分的分布情况,建立了描述反应器内复杂物理化学过程的二维数学模型。利用流体计算软件STAR-CD对模型进行了稳态计算,得到了反应器内不同混合气体组分体积含量的分布情况。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气体体积含量,经比较计算值与试验值吻合良好,因此模型能够较准确地预测反应器内气体组分的分布。应用数学模型研究了进气流速与燃空比对重整反应的影响,结果表明随流速的增加,重整气中二甲醚与空气的含量增加,氢气与一氧化碳的含量减少;在空气不足的情况下,随燃空比的增加,重整气中氢气与一氧化碳含量减少。     

焦炉煤气制氢与车载二甲醚重整制氢的能耗与CO_2排放对比

本文分别建立了焦炉煤气制氢与车载二甲醚重整制氢生产及运输过程的模型,分析了两个过程中的总能耗与CO2总排放情况。结果表明在中短途运输中,车载二甲醚重整制氢的总能耗与CO2总排放都远远小于焦炉煤气制氢;焦炉煤气制氢的三种运输方式的总能耗和CO2总排放在不同运输情况中各不相同,因此三种方式各有优势。利用这些对比结果,既能根据各种情况提供较为合适的制氢技术,又能降低其生命周期能耗、减少环境污染,具有重要意义。     

Experimental assessment of a plasma-catalyst hybrid reformer for hydrogen production via partial oxidation of dimethyl ether

In this work,hydrogen is produced from partial oxidation reforming of dimethyl ether （DME） by a plasma-catalyst hybrid reformer under atmospheric pressure.The plasma-catalyst hybrid reformer which includes both plasma and catalyst reactors is designed.A spark discharge is used as a non-equilibrium plasma source,and it is used to ionize the mixture of DME and air.The performances of the reformer are characterized experimentally in terms of gas concentrations,hydrogen yield,DME conversion ratio,and specific energy consumption.The effects of discharge frequency,reaction temperature,air-to-DME ratio and space velocity are investigated.The experimental results show that the plasma-catalyst hybrid reformer enhances hydrogen yield when reaction temperature drops below 620 ℃.At 450 ℃,hydrogen yield of hybrid reforming is almost three times that of catalyst reforming.When space velocity is 510 h-1,hydrogen yield is 67.7%,and specific energy consumption is 12.2 k J/L-H2.     

甲醇重整制氢系统的数值模拟与分析

利用化工流程模拟软件AspenPlus[1]建立了甲醇重整制氢系统模型,并通过自行设计的实验系统进行了验证。结果表明,该模型能够较准确地预测重整系统出口状态下的氢气体积含量,并且可用于分析操作参数对重整制氢系统性能的影响。另外,基于能量守恒原理,对系统的经济性进行了分析。研究结论可用于指导甲醇重整制氢系统重整方式的选择,工作参数选择及优化设计。     

二甲醚自热重整制氢热力学分析及实验

用GIBBS最小自由能法对二甲醚(DME)自热重整制氢过程进行了热力学分析,在绝热条件下计算了反应产物中各组分的体积含量随水醚比(1～6),氧醚比(0.2～0.8)和压力(0.1MPa～0.6MPa)的变化关系。结果表明:H2的体积含量随压力的增加呈降低趋势;在标准大气压下,H2的体积含量随水醚比和氧醚比的增大都呈先增后降低趋势。氧醚比不变的条件下,随着水醚比的增加,CO与CH4的体积含量呈降低趋势,CO2的体积含量呈增加趋势。最后,在自制实验台上进行二甲醚自热重整制氢的实验研究,将该实验结果与热力学分析结果进行了对比分析,结果证明用GIBBS最小自由能法分析得到的H2,CO,CH4和CO2的体积分数随水醚比的变化趋势与实验结果较为一致。