旋转弧等离子体重整乙醇制氢的氧碳比研究

为了优化旋转弧等离子体部分氧化重整乙醇制氢的操作条件,通过模拟和实验研究氧碳比(O/C)对乙醇转化率、乙醇能量转化率、氢气选择性、氢气收率和干基氢气摩尔分数的影响。实验结果表明,乙醇流量为40 m L/min且O/C=0.6时,乙醇转化率最高,约100%;当O/C=1.0时,氢气选择性和收率最高,分别为81.3%和33.5%。等离子体重整副产物较多,当乙醇转化率最高时,氢气选择性和收率不一定最高。在氧碳比为0.5和0.6时,乙醇转化率的热力学模拟结果与实验结果比较接近。热力学模拟为后续旋转弧等离子体重整优化提供了热力学极限的指导。     

磁旋滑动弧促进甲烷部分氧化重整制氢

与传统的甲烷催化制氢技术相比,低温等离子体技术具有能耗低、无需催化剂、启停迅速、可在常温常压下运行等优点,具有良好的应用前景。为此,研究了空气载气下磁旋滑动弧放电等离子体的物理特性,并开展了甲烷部分氧化重整制氢实验。结果表明:空气体积流量分别为2 L/min、8 L/min、16 L/min时,电弧均可稳定旋转,转速最高为111 r/s,且存在固定的放电周期;而与传统刀片滑动弧不同的是,磁旋滑动弧在2 L/min的体积流量下依然可以维持稳定的运行和较长的电弧长度,从而有利于反应的充分进行;电弧长度和直径对放电电压、电流、功率、电流密度、电场强度和电导率等参数有直接影响。在甲烷部分氧化重整制氢实验中,CH_4的转化率和H_2的选择性均随过量空气系数的增加而先升后降,CH_4的转化率最高可达100%,H_2的选择性最高为42.42%,效果远好于传统的刀片式滑动弧。此外,微富氧的环境有利于甲烷的完全转化。研究结果证明磁旋滑动弧能够促进甲烷部分氧化重整制氢。     

聚光太阳能流化床重整制氢技术研究

氢能是清洁绿色的二次能源和载能体,利用太阳能热驱动甲醇蒸汽重整制取氢气,可实现太阳能的高效存储与氢气制备。基于流化床传热传质效率高的优点,设计聚光太阳能流化床甲醇重整制氢系统,模拟了镜场的光线路径和反应器表面的辐照能流分布,探究了不同操作参数对重整反应的影响规律。结果表明:相比固定床,使用流化床反应器更有利于提高甲醇蒸汽重整制氢效率;当辐照强度为10 000 W/m2,水与甲醇摩尔比1.4,进口流速0.40 m/s,床层厚度0.20 m时,甲醇转化率可达99.6%,氢气产率达2.57 mol/mol。该研究结果对太阳能甲醇重整制氢反应器设计和操作参数优化具有重要参考意义。     

化学链重整制氢系统的过程模拟

为了评价化学链重整制氢系统的性能,针对以CH4为燃料、以化学链技术(基于NiO/NiAl2O4氧载体)为核心的2种不同工艺重整制氢系统——自热化学链重整制氢系统(autothermal chemical looping reforming,CLR(a))和蒸汽重整化学链燃烧系统(chemical looping steam reforming,CLR(s)),采用Aspen Plus软件进行了过程模拟和热力学分析。以2种系统的产气率、冷煤气效率、CH4转化率等为评判指标,得到了各系统优化的反应条件,并分析了各操作参数(包括燃料/重整反应器温度和压力、CLR(a)中氧载体甲烷摩尔比和空气甲烷摩尔比、CLR(s)中水甲烷摩尔比和燃料甲烷份额)对系统性能的影响,最后对2种制氢系统进行了定量比较和分析。结果表明:2种化学链重整制氢系统具有相近的燃料发热量和CH4转化率(98%),但自热化学链重整制氢系统工艺更为简单,所需氧载体循环流量仅为蒸汽重整化学链燃烧制氢系统的1/3,从而可节约传输能量;而后者重整气中氢含量更高(74.14%对65.81%),且具有更高的冷煤气效率(85.28%对71.19%)和产气率(4.05对2.97)。     

二甲醚水蒸气重整反应器的工艺参数分析

用流体计算软件COMSOL建立含有瓦片式加热通道的二甲醚重整制氢反应器三维模型,并对模型进行稳态计算.修改重整条件来模拟反应特性,研究二甲醚水蒸气重整制氢反应器的性能.用数学模型研究反应温度和水醚物质的量比(水醚比)对重整反应的影响.当水醚比一定时,随着温度的升高(523～673 K),二甲醚的转化率和氢产率都得到提高...     

乙醇水蒸气重整制氢的镍基催化剂性能

燃料电池直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效地转变成电能。高纯、无毒的氢是燃料电池的理想燃料。目前,液体燃料重整是一种较好的制氢方式,乙醇作为重整制氢的液体燃料有可再生,无毒,不含易使燃料电池铂电极中毒的硫等优点,是非常适合的环保型重整制氢燃料。采用浸渍法制备了添加助剂的镍基乙醇水蒸气重整制氢催化剂,考察稀土金属氧化物助剂CeO2和Y2O3对Ni/g-Al2O3上乙醇水蒸气重整制氢反应活性的影响。结果表明:助剂有利于改善催化剂的物相组成,使其在较低的温度下具有较高的氢气产率和较低的甲烷选择性。其中,CeO2的助剂作用较优,催化剂16%Ni/CeO2/g-Al2O3在600℃的氢气产率可达4.7,生成CO2、CO和CH4的选择性分别为63.5%、23.4%和12.4%。     

天然气自热重整质子交换膜燃料电池回热耦合发电系统模拟研究

为研究天然气自热重整质子交换膜燃料电池各级化学反应热的高效利用模式,提出一种耦合利用重整制氢各级反应热与燃料电池余热的发电系统,利用天然气自热重整技术制取富氢合成气,以“温度对口、梯级利用”原则,利用重整子系统各级化学反应热与燃料电池子系统余热逐级加热自热重整用工质水产生高温蒸汽,形成回热系统。通过建立能量、质量、电化学反应方程多物理场耦合的系统模型,分析系统氢气产量与发电效率,并研究进料温度、蒸汽燃料比、空气燃料比对系统性能的影响。结果表明,该系统发电效率为47.41%,较无耦合回热系统提高5.4百分点,适宜的进料温度450~500 ℃,蒸汽燃料比1.75~2.00,空气燃料比2.35~2.65。     

二甲醚重整反应器在燃料电池中的研究进展

概述了二甲醚重整制氢的基本原理,介绍了二甲醚重整制氢的新型反应器技术:等离子体反应器、流化床反应器、泡沫金属微反应器、膜反应器等。分析了这些新型反应器的制氢性能及其研究动态,最后指出了自热重整是今后车载二甲醚制氢的主要方向,膜反应器具有较好的发展前景。     

氢氧等离子体合成过氧化氢过程的能效研究

为提高氢氧等离子体合成H2O2技术的能量效率,通过分析放电过程的反应器能效及电源能量注入效率,确定了影响合成总能效的主要因素。考察了反应器电极间距、电源放电频率及注入功率对反应器能效和电源能量注入效率的影响。发现减小电极间距、提高放电频率和注入功率有利于提高反应器能效,但不利于提高电源能量注入效率。本研究中可以得到150 gH2O2/kWh的反应器能效,但由于较低的电源能量注入效率,致使合成H2O2的总能效不超过9 gH2O2/kWh。因此,提高等离子体法合成H2O2过程的总能效,不仅需要设计高能效的等离子体反应器,还需为反应器负载开发适配的电源,而后者是提升该技术能量效率的关键。     

基于Aspen Plus的热解煤气制氢工艺模拟及分析

本文利用Aspen Plus模拟软件,构建了煤炭热解煤气吸附强化重整制氢工艺流程,对强化重整、煅烧再生、蒸汽余热发电等单元进行了详细的模拟。在钙碳比为2.75,水碳比为3.5,重整温度650 ℃条件下,对不同重整压力（0.5、1.0、1.5、2.0 MPa）工况进行了模拟,利用热效率和?效率、制氢能耗、水耗和单位煤气制氢率等指标对系统进行了性能评价和优化。模拟结果显示,重整压力为0.5 MPa时,系统热力学性能最优。作为对比,开展了水蒸气重整工艺系统的模拟。对比结果显示:相同进料条件下,强化重整制氢氢气产量提升7.66%;能量转化效率达到79.55%,?效率从73.14%提高到77.63%,系统效率显著提高。综合系统效率和氢产量等指标,热解煤气强化重整制氢系统具有较优的技术性能,可作为现阶段煤气制氢的途径之一,是具有应用前景的制氢技术。     

滑动弧等离子体在废水处理应用中的研究进展

滑动弧放电是一种可在常压下产生非平衡等离子体的新型低温等离子体技术。通常在2或3个及更多的电极间形成电弧,在电弧区形成热或冷的等离子体。为比较完整地了解滑动弧放电在水处理方面的进展,综述了滑动弧放电在水处理方面的文献。阐述了滑动弧放电等离子产生的基本原理及处理废水的机理;介绍了滑动弧放电等离子体处理废水的两种装置及其优缺点;分析了水处理过程中产生的活性离子种类、检测方法及研究现状;介绍了目前滑动弧放电等离子处理废水的现状;最后展望了滑动弧等离子处理废水的前景。     

液体燃料醇类重整制氢技术的研究现状分析

为解决经济发展与资源环境的矛盾,氢能作为清洁、高效、可再生的新能源日益受到关注。液体燃料醇类重整制氢具有原料来源广、转化温度低、能耗低等诸多优点,应用前景广阔。为此总结了近些年液体燃料醇类重整制氢主要方法:包括传统甲醇重整制氢方法及其催化剂研究与发展、等离子体甲醇制氢、新型的液相放电等离子体甲醇及乙醇重整制氢技术。简述了其他甲醇制氢方法包括光化学法制氢、电化学法制氢以及超声波制氢等。对代表性的研究方法进行了详细描述和分析,给出了各种方法的优缺点评述及适用领域,并指出了个别甲醇重整制氢技术的发展方向。     

等离子体转化CO_2的研究进展

大气中CO_2的浓度增长而导致的温室效应已成为全球性问题,CO_2分子的稳定性强,传统热解法转化CO_2有一定的局限性,利用等离子体法将CO_2资源化利用具有良好的前景。为此简要介绍了等离子体法转化CO_2的基本原理和优势,讨论催化剂在转化过程中的作用。主要就近5年来国内外对介质阻挡放电(DBD)、滑动弧放电和微波放电等离子体转化CO_2以及DBD、微波放电与不同催化剂相结合转化CO_2的研究进行概述。基于目前的研究现状,分析了等离子体转化CO_2技术存在的问题与挑战,提出利用等离子体技术将CO_2与共氢反应物相结合生成高能效产品,权衡反应中CO_2转化率和能量效率,对未来的发展方向进行展望。     

滑动弧促进甲烷干重整电弧图像及电参数分析

为充实旋转滑动弧促进甲烷干重整技术的相关研究,利用高速摄影和示波器,研究了磁场和气流协同驱动的滑动弧的物理特性。通过电弧图像和电参数图像,分析滑动弧CO2放电随磁场有无、流量变化的关系,并对总体积流量6 L/min下,甲烷干重整随CH4/CO2比例变化时滑动弧的物理特性进行了分析。研究表明:磁驱动可以提高滑动弧旋转速度,增大等离子体区域和非平衡态程度;总进气体积流量6 L/min,甲烷体积分数为30%时,干重整反应剧烈,电弧弧长周期性变化,电弧与电极有多触点现象,且会发生触点漂移。     

考虑电解槽动态制氢效率的氢网运行优化EI北大核心CSCD

随着对减碳需求的持续关注,氢经济迅速发展。氢气管网运输能够解决氢气规模化利用的难题,氢网运行的理论研究将为其应用奠定坚实基础。为此,该文对氢网及相关设备运行展开研究。首先,为弥补现有电解制氢效率理论研究的不足,对电解槽动态制氢效率进行精细化建模,该模型同时考虑制氢功率和老化对制氢效率的影响。在此基础上,以满足氢网负荷需求、氢网络及相关设备运行约束为前提,以实现氢网一天的购电成本最小为优化目标,构建考虑电解槽制氢效率特性的氢网运行优化模型,并进一步将其转化成线性化模型以便于求解。最后,基于某工业园区20节点氢气网络,详细分析氢网潮流分布、电解槽运行策略以及储氢罐容量对氢网运行成本的影响。结果表明:考虑电解槽动态制氢效率的氢网运行策略会降低氢网实际运行成本,合理配置储氢罐容量有利于氢网效益的最大化。     

分段电极介质阻挡放电CO2重整CH4过程放电特性与反应性能研究

大气压低温等离子体可在温和条件下进行CO₂重整CH₄反应，对环境保护和能源供应具有双重意义。介质阻挡放电(DBD)是进行该反应最常用的放电等离子体形式之一，但其工艺过程和反应性能受到反应器结构的显著影响。前期研究发现，分段电极DBD可以调节CO₂重整CH₄反应过程的反应物转化率、产物分布及能量效率，但是分段电极数量和相邻电极间距对上述性能参数的影响机理尚不清晰。因此，该文设计了具有不同电极数量和不同相邻电极间距的分段电极DBD反应器，并用于CO₂重整CH₄反应，从电学特性和温度特性的角度研究了不同实验条件下的放电特性，比较分析了对应条件下的CO₂重整CH₄反应性能。结果表明，分段电极的引入可以增加放电边缘数量以增强边缘效应，且增加分段电极数量和增加相邻电极间距均可延长反应物的有效停留时间，上述因素均有助于提高等离子体CO₂重整CH₄的反应性能。在施加电压11.0 kV条...     

太阳能集热的微型反应器中甲醇重整制氢的数值模拟

为了提高燃料电池最终输出的电能效率,研制了一种新型的利用太阳能作为外部热源的微通道制氢反应器,以此减少了电能的消耗,提高了电能利用率。研究通过数值模拟测试了操作条件对甲醇水蒸气重整制氢输运规律的影响,发现高面体比促进了甲醇转化率和制氢率的提高,且有助于反应器内温度分布均匀。研究还测试了不同太阳能辐射强度下反应器的运行状况,得出反应器可适应多数有日光地域,太阳能利用切实可行的结论。     

化学氢化物催化水解供氢技术

化学氢化物在储氢容量上具有其他材料无法比拟的优势(如NaBH4的储氢容量的质量分数为10.8%),且通过简单的水解反应即可放出氢气。以NaBH4为代表的化学氢化物催化水解制氢技术因其储氢量高、反应可控且条件温和成为研究热点。综述了化学氢化物催化水解制氢的研究进展,着重介绍了催化剂的研究进展。化学氢化物水解制氢可以用作燃料电池和其它备用电源的燃料氢源。     

脉冲等离子体反应器放电特性研究

脉冲放电等离子体被广泛用于气态污染物处理的研究,放电参数直接影响反应器内等离子体状态,进而影响污染物的去除效果,研究不同条件下的放电特性可为脉冲等离子体技术的应用提供参考.本文利用线板式脉冲等离子体反应器, BPFN型高压脉冲电源供电, 研究了电源电容、极板间距及介质阻挡对放电特性的影响.结果表明:增大电源电容可以有效地提高电源能量效率;增大极板间距,峰值电压VP增大,峰值电流IP减小,脉宽减小,波形更加理想;陶瓷板阻挡放电可解决间隙火花放电,使脉冲电晕放电空间分布均匀,在大范围内提高电源能量效率.     

燃料电池富氢气体制备的研究

并流共沉淀法制备Cu/ZrO2 /Al2 O3 系列催化剂上催化甲醇水蒸气重整制富氢气体的反应过程 ,得到低温活性、氢选择性、稳定性较好的催化剂 ,考察了ZrO2 含量 ,反应温度 ,水醇比 ,液体空速 (WHSV)等因素对催化剂活性的影响。结果表明 :ZrO2 质量分数为 15 % ,在 2 5 0℃反应时 ,催化剂活性表现最佳 ,甲醇转化率为 95 0 % ,氢气选择性为 10 0 % ,重整气中CO摩尔分数为 1 45× 10 -4%。