BCFNO透氧膜反应器所用催化材料的选择分析

透氧膜反应器稳定性除受膜材料本身性能和膜反应器所处气氛影响外,重整过程所用催化剂与膜材料的反应问题同样值得关注。以透氧膜反应器焦炉煤气甲烷部分氧化重整用BCFNO膜材料为研究对象,分别通过SEM和XRD分析Al2O3、MgO、YSZ、β分子筛、TiO2等催化载体材料与BCFNO透氧膜材料的长时间反应情况,目的是为BCFNO透氧膜反应器所用催化剂材料选择提供依据。实验结果表明β分子筛、Al2O3和TiO2容易与BCFNO透氧膜材料反应形成新的相。MgO也与BCFNO反应,但反应较小,YSZ不与BCFNO发生反应。     

混合导体透氧膜反应器中焦炉煤气重整制合成气的实验研究

研究了以焦炉煤气为原料在BaCo0.7Fe0.2Nb0.1O3-δ(BCFNO)透氧膜反应器中制合成气。实验结果表明,BCFNO膜反应器的自催化性能差。加入催化剂后,膜反应器的重整性能得到明显提高,在875℃,焦炉煤气中甲烷转化率为87.0%,产物中氢气和一氧化碳选择性分别为78.3%、105.6%,透氧量达到15.8ml/(cm2.min)。焦炉煤气中的甲烷在膜反应器中反应路径为首先焦炉煤气中的氢气与膜片透过去的氧反应生成水,然后甲烷再与水重整生成氢气和一氧化碳。实验过程中,透氧膜没有出现破裂,BCFNO透氧膜反应器在富氢的焦炉煤气下显示出很好的稳定性。     

基于3D打印技术的甲烷水蒸气重整研究

天然气(主要成分为甲烷)重整是天然气高效清洁利用的重要途径,重整获得富含氢气的重整气,可供固体氧化物燃料电池进行高效发电。甲烷水蒸气重整需要反应器以及负载其上的重整催化剂,基于3D打印技术的多孔结构具有良好的耐高温、抗氧化和结构稳定性等特点,负载Ni基催化剂用于甲烷催化重整可有效提升反应器稳定性,但相关研究较少。采用浸渍法将Ni-CeO₂/γ-Al₂O₃催化剂负载于3D打印制备的多孔结构和金属泡沫反应器,通过催化剂形貌、分布规律、相结构以及热稳定性的表征,研究了重整反应温度、浆料配比、反应器结构等因素对甲烷水蒸气重整效果的影响。结果显示,催化剂的最佳配比是PVA含量为3.5%(若无特殊说明,均为质量分数),Ni含量为19%,CeO₂和γ-Al₂O₃的含量分别为16%和2.5%。重整测试结果表明,负载催化剂前,重整反应温度低于700℃时,Inconel625和泡沫Ni多孔反应器重整得到的氢气浓度均低于13%(体积分数),而重整反应温度高于800℃时,Inco...     

光热协同催化甲烷二氧化碳重整反应研究进展

在光热协同催化条件下的甲烷二氧化碳重整(CRM)反应耦合了光效应和热效应，可在低温下反应生成合成气(CO和H₂),减少碳排放的同时将太阳能转化为化学能储存起来，是实现双碳目标的有效策略之一。催化剂是光热协同催化CRM反应的核心，同时调控热催化活性中心(活性金属)的结构性质和吸光材料(载体)的光学特性以及活性组分与吸光材料的协同作用，使光热协同催化剂的热催化性能及光催化性能同时得到提高，是研发高效光热协同催化剂的有效途径之一。介绍了光热协同催化CRM反应的机理及相关金属催化剂和半导体材料的研究进展，并展望了其未来发展趋势。     

甲烷催化裂解技术研究进展

甲烷催化裂解技术因在适当的吸热过程中裂解只生成碳和氢气而在制备高纯氢气和性能优异的碳纳米管以及ITER(国际热核聚变实验堆)废气处理系统中裂解氚、氘代甲烷以回收其中的氚和氘等方面具有十分重要的意义。介绍了甲烷催化裂解反应机理,阐述了甲烷裂解催化剂的制备方法、催化剂性能的影响因素以及催化剂的失活与再生,指出焙烧温度、活性金属、载体和反应温度对催化剂性能有重要影响,讨论了甲烷催化裂解反应中存在的问题。     

甲烷干气重整镍基复合结构催化剂的研究进展

甲烷干气重整反应能够实现温室气体CO₂和CH₄的转化利用, 其反应产物合成气可以通过费托反应进一步生产液态燃料, 该反应在能源与环境领域具有重要意义。寻找合适的催化剂是推动甲烷干气重整工业化的关键。镍基复合结构催化剂因其与贵金属催化剂相媲美的催化活性和低廉的工业成本而受到广泛关注, 但镍基催化剂存在高温下长时间反应后碳沉积和金属组分烧结所导致的失活问题, 严重影响了其工业应用和干气重整化工的发展。本文从镍基复合结构催化剂的成分、结构、制备方法及模拟计算设计等方面出发, 介绍了改进镍基催化剂活性、抗积碳和抗烧结性能的研究进展, 并结合最新的原子催化以及原位表征等研究进展对干气重整研究的发展趋势进行 展望。     

限域功能材料在甲烷重整催化剂中的应用

甲烷和二氧化碳重整所用的镍基催化剂在高温下易积炭烧结而失活，限域功能材料可将活性组分限定在材料孔道内部，提高活性组分镍的分散度，防止其烧结和积炭。综述了限域功能材料的类型，以及核壳结构材料、纳米管材料、层状结构材料和介孔材料等在甲烷重整反应中的研究现状，并对限域功能材料的发展进行展望。     

用变压吸附法分离混合物组份生产两种高纯气

变压吸附(PSA)工艺传统上用于由混合气生产一种高纯气。由各种不同气比如甲烷蒸汽重整炉(SMR)出口气生产超高纯氢,是该技术最普通的用途之一。许多这类气含有相当高浓度的第二种气体,即SMR出口气中的二氧化碳,因此,回收主产品的同时也能回收副产品,这是非常有希望的。为达此目的,空气产品和化学品公司已开发出新的PSA工艺——GEMINI—8。本文通过甲烷蒸汽重整炉出口气的蒸馏生产氢和二氧化碳的过程,说明GEMINI—8PSA工艺的循环步骤,并讨论该工艺节省投资和电力以及同以前的技术相比的其它优点。     

Ni/TiO2（110）表面甲烷重整反应生成CO和H2反应机理的第一性原理研究（英文）

基于密度泛函理论(DFT)计算,本文研究了Ni/TiO2(110)表面甲烷重整反应的机理,揭示了固体氧化物燃料电池中TiO2基阳极较传统ZrO2或者CeO2基阳极材料具有良好抗积碳性能的重要原因.本文对六种不同的甲烷重整反应路径(干燥和湿润的气氛环境)进行了详细研究,阐明了TiO2,Ni/TiO2界面和水分子在甲烷重整反应中的作用以及Ni/TiO2基阳极抗积碳性能的来源.经过计算发现,在干燥和湿润的环境下,碳原子和界面的TiO2晶格氧反应生成CO,以及后续水分子吸附和解离在界面的氧空位上并提供反应所需O原子是甲烷重整反应的主要路径(C-O路径),而水分子直接参与C原子或者CH基团的氧化反应则要困难很多.值得注意的是,在研究的六种反应路径中,CO从反应表面的脱附都非常困难,需要约2.3 eV的能量才能使得其脱附.因而造成大量表面反应活性位点被占据,这是目前很多阳极材料不具备抗积碳性能的一个重要原因.然而,在湿润环境中,水分子的吸附放热大大降低了整个反应体系所需能量,尤其是本文中水分子在TiO2表面的快速解离吸附更是大大降低了整个反应体系的能量.进一步研究发现,水分子在Ni,YSZ和CeO2表面的吸附解离要比在TiO2表面困难很多.这也是TiO2基阳极材料具有较好抗积碳性能的一个重要原因.本研究对于指导合成碳氢燃料气氛下具有优异抗积碳性能的固体氧化物燃料电池阳极材料具有重要的意义.     

汽油氧化重整制氢反应镍催化剂的实验研究

在小型固定床反应器中,考察了汽油氧化重整制氢反应体系中镍催化剂 的催化性能。实验考察了镍/三氧化二铝催化剂,活性组分镍含量对汽油氧化重整制氢反应的影响,实验还考察了镍/三氧化二铝催化剂中加入贵金属助剂的催化性能。实验结果表明单组元镍/三氧化二铝催化剂对汽油氧化重整制氢反应在反应温度低于650℃时,其活性较低,生成氢气的选择性也不高;反应温度高于650℃时,其反应活性及生成氢的选择性有明显的提高。镍/三氧化二铝催化剂中加入贵金属组分作为助催化剂制成的双金属催化剂在汽油制氢反应中的催化活性及生成氢的选择性均有明显的提高。