燃料电池中二甲醚重整制氢的研究进展

在简要介绍燃料电池电动车研究与发展的基础上,评述了在燃料电池上二甲醚重整制氢的现实意义.对比介绍了二甲醚制氢的2种方法二甲醚水蒸气重整和自热重整.二甲醚重整是车载燃料电池较为理想的氢源,其中选择合适的催化剂又是制氢反应的关键问题.综述了应用于二甲醚制氢反应的常用催化剂,包括这些催化剂的催化性能、反应条件、反应产物等,并对二甲醚制氢的催化机理和动力学分析进行了概述.最后展望了二甲醚制氢的重整反应器及研究工作的发展方向.     

钯银合金膜反应器中二甲醚水蒸汽重整体系的透氢性能研究

二甲醚(DME)由于其清洁环保特性成为燃料电池电动汽车的理想氢源之一。在200~300℃温度范围,1.0×105~4.0×105Pa的压力范围内,Pd-Ag-Au-Ni合金膜对H2与Ar和N2的分离系数接近无穷大,同时,膜具有较好的透氢稳定性。通过实验研究了膜反应器中Ar、N2、CO、CO2、H2O和DME等气体存在时对钯银合金膜透氢性能的影响。实验结果表明,Ar、N2、DME基本对透氢性能无影响,CO2、CO、H2O存在时,会影响氢气的渗透性。三者当中,CO2的影响最小,混合气中H2O比CO对透氢性能的影响大,这是由于H2O在钯膜表面有更大的竞争吸附作用。本研究结果为更详细地研究二甲醚水蒸气重整制氢过程提供了重要参考依据。     

浆态床一步法二甲醚合成技术研发

在实验室进行了对采用浆态一步法合成二甲醚研究 ,系统考察了各种工艺条件 ,如温度、压力、空速、氢碳比等参数对反应的影响 ,获得了最佳的操作条件 :温度 2 5 0℃～ 2 70℃ ,压力 4～ 5MPa ,空速 30 0 0～ 6 0 0 0ml/g .cat/h ,氢碳比 1∶1,在此基础上进行了 30 0 0t/a的中试实验 ,取得了满意的结果。     

二甲醚水蒸气重整制氢CuO-ZnO-Al2O3-ZrO2/固体酸复合催化剂

Steam reforming(SR) of dimethyl ether(DME) was investigated for the production of hydrogen for fuel cells.The activity of a series of solid acids for DME hydrolysis was investigated.The solid acid catalysts were ZSM-5 [Si/Al=25,38 and 50:denoted Z(Si/Al)] and acidic alumina(γ-Al₂O₃) with an acid strength order that was Z(25)>Z(38)>Z(50)>γ-Al₂O₃.Stronger acidity gave higher DME hydrolysis conversion.Physical mixtures containing a CuO-ZnO-Al₂O₃-ZrO₂ catalyst and solid acid catalyst to couple DME hydrolysis and methanol SR were used to examine the acidity effects on DME SR.DME SR activity strongly depended on the activity for DME hydrolysis.Z(25) was the best solid acid catalyst for DME SR and gave a DME conversion>90% [T=24℃,n(H₂O)/n(DME)=3.5,space velocity=1179 ml·(g cat)^-1·h^-1,and P=0.1MPa].The influences of the reaction temperature,space velocity and feed molar ratio were studied.Hydrogen production significantly depended on temperature and space velocity.A bifunctional catalyst of CuO-ZnO-Al₂O₃-ZrO₂ catalyst and ZSM-5 gave a high H₂ production rate and CO₂ selectivity.     

合成气一步法制二甲醚反应宏观动力学

在480～550K和3～8MPa的条件下,对C301和γ-Al2O3复合双功能催化剂上合成气气相一步法制二甲醚反应进行了系统的研究,确立了相关的反应器、热力学与动力学模型,并对模型参数进行优化回归,深入地探讨了该过程的化学反应规律。运用MonteCarlo模拟法验证了各个回归参数的有效性,为实验结果分析、拟合数据结果的可信性校验以及实验方法的改进提供了重要信息。     

二甲醚水蒸汽重整制氢反应平衡组成模拟计算

对比了二甲醚水蒸汽重整过程中由外部供热和燃烧反应尾气供热两种方式下的热效率,并对体系进行了热力学分析,模拟考察了反应温度、压力、原料组成等因素对体系平衡组成的影响,探讨了二甲醚转化率、氢气和一氧化碳等产物的变化情况.分析发现,反应器温度在200 ℃,压力为0.1 MPa时可以获得最佳的原料转化率.研究认为二甲醚水蒸气重整制氢的副产物甲烷可显著降低氢气的含量,一氧化碳在高温、低水/二甲醚进料比的情况下产生.催化剂应具有选择性催化功能,同时应具有低温高活性.     

ZL50活性炭吸附脱除二氧化硫的吸附动力学模型(英文)

A semi-empirical adsorption kinetic model was proposed with the time compensation method to describe the chemisorption of SO2 in flue gas by carbon adsorbents for flue gas purification. The change in adsorption capacity and adsorption rate with time at different water vapor concentrations and different SO2 concentrations was studied. The model was in good agreement with experimental data. The surface reaction was probably the rate controlling step in the early stage for SO2 adsorption by ZL50 activated carbon. The parameters m and n in the nth order adsorption kinetic model were related to the magnitude of the time compensation and adsorption driving force, respectively. The change of parameter n with water vapor concentrations and sulfur dioxide concentrations was studied and some physical implications were given. The sum of square errors was less than 1.0 and the average absolute percentage deviations ranged from 0.5 to 3.2. The kinetic model was compared with other models in the literature.     

用于甲醇制烯烃的非均相催化反应器评述

甲醇制低碳烯烃(MTO、MTP)是煤化工的关键环节,近年来相关技术已经在我国成功工业化,包括中国科学院大连化学物理研究所的DMTO技术、中石化的s-MTO技术、UOP的MTO+OCP技术以及Lurgi的MTP技术。从非均相催化反应角度分析甲醇制烯烃的过程特点,剖析了各类典型的非均相催化反应器用于该过程的优劣,对比了国内外各主流技术的关键指标,评述了甲醇制烯烃和催化裂化的异同。分子筛催化的甲醇制烯烃过程遵循烃池机理,呈现自催化和积炭失活特性,控制催化剂的工作状态和限制返混对提高催化活性及烯烃产物选择性尤为重要。具有多级结构的分子筛催化剂及低返混流化床反应器或反应器串联组合是未来的发展方向。     

Rh负载的泡沫独石上甲烷部分氧化的基元反应动力学模拟

Rh负载的泡沫独石催化剂上进行的甲烷催化部分氧化反应,能够在自热、毫秒级接触的条件下达到接近平衡的转化率和选择性.采用CH4在Rh催化剂上发生部分氧化反应的基元反应动力学网络结合平推流模型,进行了一维的反应流模拟,揭示了毫秒级催化反应的反应历程.CH4/O2摩尔比在1.7～2.3,外界温度550～800℃的范围内,模拟结果和实验结果能够很好地吻合.模拟不仅给出了催化剂床层内气相和表面物种的变化情况,还揭示了催化剂有效内表面积和甲烷吸附能力对反应的影响,发现一定程度下有效内表面积的增加和甲烷吸附能力的增强,能够大幅度地提高反应的转化率和选择性.     

微观反应动力学对于反应器开发的优势

与L-H模型相比较微观动力学在反应器的设计模拟工作中有更广的适用范围.在较宽的浓度范围和温度范围内都能得到比较良好的模拟效果.因此在反应器设计放大中用微观动力学模型来表征相对于L-H模型更有优势,可以缩短反应器设计周期,减少放大级数,加大放大倍数.以部分氧化制合成气为体系讨论了微观动力学的表征手段,并给出了反应器结合的计算方法等,探讨了它的可行性,该研究为反应器的开发铺设了一条可行、高效的新路.