乙醇水蒸气重整制氢热力学分析

采用吉布斯自由能最小原理对乙醇水蒸气重整制氢的反应体系进行了热力学分析,考察了温度、压力、水醇比(H_2O/Et OH)和甲醇/乙醇比(MeOH/EtOH)对该体系平衡组成的影响。在压力为1×10~5~80×10~5 Pa,温度为700~1 300 K,水醇比为1∶1~11∶1,甲醇/乙醇比为0∶1~0.9∶1条件下,研究了H_2,CH_4以及C的平衡摩尔数。在选取的条件下,乙醇转化率达到100%。通过分析H_2,CH_4以及C的平衡摩尔数,得出最佳压力为1×105Pa,最佳温度为900 K,最佳水醇比为11∶1,最佳甲醇/乙醇比为0.9∶1。在所研究的条件范围内,通过调整反应条件可以避免积碳的生成。     

整体式催化剂上甘油水蒸气重整制氢

为改善甘油重整制氢反应在转化率、氢产率以及抑制积碳方面都与热力学平衡存在较大差距的问题,设计开发了整体式重整催化剂.考察了涂层组分、比例对整体式催化剂理化特性及其在甘油水蒸气重整制氢反应中催化性能的影响.通过考察Ce-Zr物质的量比及La的添加对催化剂活性的影响,确定了Ce-Zr-La物质的量比为1∶1∶1为最优条件.整体式催化剂的活性得到明显改善,在甘油质量分数为10%,空速为3.07,h-1时,在温度考察范围内甘油完全转化为气相产物,氢气选择性递增,并趋于平稳,最高可达90.85%;随着空速增大,甘油质量分数的增加,氢气选择性减小,甘油气相转化率降低,但仍可保持较好的转化效果.     

运行参数对甲醇重整制氢的热力学特性影响研究

针对以氢气为燃料的动力系统运行条件需求,构建了甲醇重整反应热力学和化学平衡反应体系,以某功率型号燃料电池/燃气轮机(Solid Oxide Fuel Cell/Gas Turbine, SOFC/GT)混合动力系统为研究对象,分析其额定工况、变工况运行时,温度、水碳比和压力对各重整产物分布及产氢率的影响。结果表明:额定运行工况下,重整产物中H_2摩尔分数为49.8%,碳沉积现象消失;在变工况运行时温度对重整反应的热力学特性和化学平衡特性影响较大,当温度为912 K时产氢率达到峰值2.547,当温度为910 K时碳沉积现象消失,当温度高于912 K时不利于H_2的产生;水碳比增加有利于提升产氢率,降低H_2摩尔分数,减少积碳和CO的产生,当水碳比为2时产氢率达到2.48,当水碳比为1.25时碳沉积现象消失;压力对重整结果的影响相对较小,在温度为650～910 K时,降低压力有利于提高产氢率。     

化学链重整联合CO2捕集制氢系统热力学分析

化学链重整是一种新型的合成气制备技术,为提高化学链重整气中H_2含量,捕集CO_2,提出化学链重整联合CO_2捕集制氢系统。采用Aspen Plus对化学链重整过程进行模拟,结果表明:化学链重整气组成模拟值较好地吻合实验值。对所提出的系统进行热力学分析,以H_2产率和CO_2捕捉率为系统性能评定指标,得到反应优化条件:吸收反应温度为600~620℃,CaO/CH_4、蒸汽/CH_4、H_2O/CH_4、NiO/CH_4物质的量之比分别为:0.8、0.25、0.3、1.4,所得产品气中H_2含量为91.13%(高于化学链重整气中H_2含量64.12%),H_2产率为1.96,CO_2捕集率达到95.44%。     

Fe-Ag/La_2O_3-ZrO_2催化乙醇水蒸气重整制氢

用草酸盐沉淀法制备La2O3-ZrO2复合氧化物载体,用浸渍法制备Fe-Ag/La2O3-ZrO2催化剂;用X射线衍射技术表征催化剂;考察了催化剂在乙醇水蒸气重整反应中的催化活性。结果表明,La含量较低的La2O3-ZrO2复合载体具有明显的四方晶相结构;Fe-Ag/La2O3-ZrO2催化剂在乙醇水蒸气重整反应中表现出良好的催化性能,气相产物中H2物质的量分数很高,CO和CH4物质的量分数很低;La,Ag,Fe含量影响催化剂的活性及选择性。在以(1Ag20Fe)20(2La8Zr)为催化剂,反应温度为823 K、乙醇与水物质的量比为1∶6,乙醇水溶液流速为0.1 mL/min的反应条件下,乙醇转化率达到95.7%,气相产物中H2物质的量分数为78.7%、CO的物质的量分数小于1.2%。     

小型流化床钴基载氧体积碳性能研究

利用小型流化床,研究了不同温度(650、750、850和950℃)、不同反应气氛下(CO和H_2混合气氛、CH_4气氛)钴基载氧体的积碳性能及在还原反应中添加水蒸气或CO_2对载氧体积碳特性的影响。研究结果表明:在CO和H_2混合气氛中,反应温度越高,钴基载氧体积碳就越少;与CH_4气氛相比,CO和H_2混合气氛可有效减少载氧体表面积碳;添加水蒸气或CO_2均可抑制载氧体发生积碳反应,且添加水蒸气可基本消除钴基载氧体的表面积碳现象。     

硫碘循环中电化学Bunsen反应特性研究

为了探讨电化学Bunsen反应特性,通过自主搭建实验系统,研究Nafion 115膜在电池中的传输特性、两极酸溶液浓缩规律以及膜两侧的溶液交叉污染。结果表明;提高电流密度,膜的质子传递数和水渗透系数均减小,H_2SO_4和HI浓度增加;温度升高,质子传递数快速降低,而水渗透系数增加,即膜的传输特性变差,HI浓度明显降低,H_2SO_4浓度则增大;增加I_2/HI物质的量之比,水渗透系数和H_2SO_4浓度持续增大,而HI浓度降低。提高电流密度、温度或I_2/HI比时,均可促进杂质的迁移,即加重交叉污染。可见,适当控制电流密度、降低温度和I_2/HI物质的量之比,有利于实现最佳的电化学Bunsen反应。     

二甲醚水蒸气重整制氢的模型建立和数值模拟

为研究二甲醚的水蒸气重整制氢过程,设计了一种带有隔热套、瓦片式加热通道和催化反应床的重整反应器。建立了反应器的数学模型,并利用COMSOL软件对其仿真。试验研究了反应气体温度、水蒸气与二甲醚的物质的量比和反应器结构参数对二甲醚转化率、氢产率的影响。模拟结果显示了二甲醚水蒸气重整制氢过程中的各组分质量分布及不同温度、不同水醚物质的量比下二甲醚转化率和制氢率情况,给重整器的研究提供了参考。通过试验验证了模型的可行性,获得了微型催化重整床反应器的设计数据。结果显示较高的进口温度可以提升反应速率,从而提高二甲醚转化率;水醚物质的量比的提高促进了正反应,加快了二甲醚的消耗,提高了二甲醚的转化率和氢产率。     

水蒸气和二氧化碳对金属载氧体抗积碳特性的影响

针对化学链燃烧中金属载氧体表面积碳现象影响其活性的问题,本研究借助小型流化床实验台,研究了在不同反应温度(650、750、850和950℃)及反应气氛(CH_4和CO+H_2)下,机械混合法制备Ni基和Fe基两种金属载氧体的碳沉积特性,并探讨了加入水蒸气或CO_2对金属载氧体还原反应积碳过程的抑制作用.结果表明:在两种反应气氛中,金属载氧体均出现不同程度的积碳现象,但CO+H_2气氛下积碳量较少;加入水蒸气或CO_2能够明显抑制金属载氧体表面积碳现象;且在CO气氛下,加入水蒸气可完全消除金属载氧体表面积碳;XRD(X射线衍射)结果进一步表明加入水蒸气或CO_2可有效抑制金属载氧体表面积碳的产生,且水蒸气的抑制效果优于CO_2。     

甲烷快速部分氧化重整试验研究

采用常规浸渍法制备了Rh/α-Al2O3催化剂,建立了甲烷快速部分氧化重整试验体系。通过控制变量法,考察了甲烷快速部分氧化重整反应中反应条件参数(CH4/O2、反应气体预混合温度、空速)变化对反应物的转化率、反应产物及分布的影响。试验结果表明,在试验条件下,CH4的转化率始终大于85%,O2转化率接近100%,CO的选择性为85%左右,H2的选择性为40%～60%。反应过程大致为催化剂入口处的部分氧化反应和下游的水蒸气重整,大部分的CO由部分氧化产生,而H2的产生受水蒸气重整反应的影响较大;随着反应温度的上升,CH4的转化率上升,CO,H2的选择性也上升;随着空速的增大,H2的选择性减小,表明甲烷催化部分氧化反应是一个受传质控制的反应。     

焦炉荒煤气重整提质制氢的热力学分析

为了验证吸附强化焦炉荒煤气重整制氢工艺的可行性,并为相关的实验研究提供理论依据,文章采用HSC Chemistry软件对焦炉荒煤气全组分蒸汽重整反应进行热力学分析,研究反应温度、反应压力、S/C,CaO/C对H_2产率、浓度等的影响。研究结果表明:焦炉荒煤气蒸汽重整反应能够有效地脱除焦油组分,随着S/C的增大,H_2产率会得到明显提升,且最佳H2产率所对应的反应温度会随之降低,当S/C为5∶1,反应温度为700℃时,H_2产率为1.62 mol/mol,但H_2浓度仅为75%左右;CO_2吸附剂的加入会强化蒸汽重整反应,H_2产率、浓度均会显著提升,最佳重整反应区的反应温度会随之降低,当反应温度为500~600℃,S/C为5∶1,CaO/C为3∶1时,H2产率、浓度能够分别达到1.83 mol/mol,98%以上。     

催化剂表面酸性的改性对甲烷二氧化碳干重整反应的影响

文章以堇青石为载体,采取等体积浸渍法负载Ni,Co和Zr等活性金属组分对催化剂表面酸性进行改性,并研究了改性催化剂在CH_4-CO_2干重整反应中的催化反应性能。研究结果表明:在反应温度为750℃,压力为1.01×10~5Pa,以Ni-Co-Zr/C为催化剂的条件下,CH_4-CO_2干重整反应中的CH_4转化率为76.2%,CO_2转化率为83.9%,产物中H_2/CO的比值为0.88;催化剂表面酸性的改变有利于提升催化剂的活化性能和抗积碳性能。     

Ni-CeO_2/γ-Al_2O_3催化甲苯水蒸气重整的实验研究

以单质镍为活性组分、CeO2为助剂、γ-Al2O3为载体制备了Ni-CeO2/γ-Al2O3催化剂,以甲苯为生物质气化焦油模型化合物,在固定床反应器上进行催化水蒸气重整实验,考察了反应温度、水/碳摩尔比(S/C)和CeO2负载量对甲苯转化率、产气组成及积碳生成的影响。结果表明,Ni-CeO2/γ-Al2O3催化剂具有较好的催化活性和抗积碳能力;在反应温度为850℃,S/C为3时,使用Ni-CeO2(3%)/γ-Al2O3催化剂,甲苯转化率可以达到90.4%,经反应后的催化剂含碳量仅为0.42%。     

结构型载氧体固定床化学链重整制氢的实验研究

采用浸渍法制备球形与拉西环形两种不同结构型Ni基载氧体,用于甲烷化学链重整制氢反应。在固定床中考察反应温度、进气水碳物质的量的比和空速对载氧体活性及稳定性的影响,并对比研究两种不同结构型载氧体的性能。结果表明：两种载氧体均可以保持较好的活性,相对而言球形载氧体更易积碳。在800℃以上时两种载氧体均具有较高的甲烷转化率及产物选择性,拉西环形载氧体在高温下性能下降得较慢。过高的水碳物质的量的比会抑制重整反应的进行,但拉西环形载氧体在高水碳物质的量的比下仍能保持较高的产物选择性。随着空速的增大,拉西环形载氧体的甲烷转化率降低,而对球形载氧体来说,当空速在3 500 h^-1左右时甲烷转化率和氢气产率均最高。经过20次循环稳定性测试,两种载氧体颗粒均出现了不同程度的积碳烧结,其中拉西环形载氧体结构保持得较好,积碳在氧化阶段能被部分清除。     

生物油制氢中CO2吸收剂改性研究

在耦合CO2吸收剂的生物油水蒸气重整反应中,通过在白云石中添加碱金属钾元素提高吸收剂的性能,进而提高H2产率与产气中的H2含量.研究表明:添加K2CO3的白云石经煅烧后制成的吸收剂有效促进了重整反应的进行,其中添加2％ K2CO3的白云石在煅烧后反应效果最好,H2产率提高20％以上.在添加2％ K2CO3基础上,进一步研究得到:在不同的水油比实验中,水蒸气重整反应最佳水油比从7.5降低到4.7;在不同的重整反应温度下,添加钾元素的煅烧白云石吸收剂在600℃下吸收效果最佳.     

重整条件对SOFC电池堆性能影响的实验研究

以天然气为燃料,建立了外部重整固体氧化物燃料电池(SOFC)系统的实验平台,在不同重整工艺参数条件下,对电池堆的性能进行了测试,得到了电池堆性能参数的变化趋势,分析了水碳物质的量比(即水碳比)、重整温度、重整方式以及天然气体积流量对SOFC电池堆性能的影响.结果表明:在不同的电流密度下,采用水蒸气重整方式电池堆的输出功率高于自热重整方式电池堆的输出功率;当电池堆工作温度设定恒值为1 023K时,随着水碳比的增大,电池堆的输出功率逐渐提高,随着天然气体积流量的增加,电池堆的输出功率显著提高.     

二甲醚水蒸气重整制氢Cu-Zn-Al-Cr/ZSM-5双功能催化剂研究

用共沉淀耦合机械混合法制备Cu-Zn-Al-Cr/ZSM-5双功能催化剂,与Cu-Zn-Al/ZSM-5催化剂进行对比研究,并考察其在二甲醚水蒸气重整制氢反应中的催化性能,研究ZSM-5在二甲醚水解反应以及铜基催化剂Cu-Zn-Al-Cr在甲醇水蒸气重整制氢反应中的活性,同时采用热重、X射线衍射、H2程序升温还原等手段对催化剂的焙烧温度、物相结构、还原性能等进行分析。结果表明,Cu-Zn-Al-Cr/ZSM-5双功能催化剂的性能明显优于Cu-Zn-Al/ZSM-5催化剂,同时Cu-Zn-Al-Cr/ZSM-5双功能催化剂在二甲醚水蒸气重整制氢反应中有较好的低温活性和CO选择性,当反应温度为280℃,水醚比为7∶1时,二甲醚转化完全,氢气收率达到85.7%,反应温度低于240℃时,无CO生成;同时催化剂之间的耦合作用使Cu-Zn-Al-Cr/ZSM-5催化剂在较高温度下具有较好的活性和稳定性。     

微波辅助下CO_2/水蒸气联合重整CH_4

在微波辐照生物半焦作用下,对CO_2/水蒸气联合重整CH_4开展实验研究,考查联合重整反应特性,讨论联合重整反应对合成气品质、生物炭损耗、表面特性和官能团的影响规律.结果表明,联合重整反应可以促进反应气转化,使得90,min反应时间内合成气的H_2/CO气体体积比平均值升至0.923,H_2/CO气体体积比值更接近1;与CH_4干重整反应相比,联合重整过程生物炭损耗问题更突出,90,min后生物炭余重率为93.18%,,但联合重整反应可以延迟生物炭表面特性的恶化;联合重整过程主要消耗内酯基和羰基官能团,其中消耗较多的内酯基推测是CH_4蒸汽重整所致.     

二甲醚水蒸气重整制氢的模型和数值模拟

为研究二甲醚的水蒸气重整制氢过程,设计了一种带有隔热套、瓦片式加热通道和催化反应床的重整反应器.建立了反应器的数学模型,并利用COMSOL软件对其仿真.试验研究了反应气体温度、水蒸气与二甲醚的物质的量比和反应器结构参数对二甲醚转化率、氢产率的影响.模拟结果显示了二甲醚水蒸气重整制氢过程中的各组分质量分布及不同温度、不同...     

Ni-CeO2/SBA-15电催化甲苯水蒸气重整的实验研究

以甲苯为生物质气化焦油的模型化合物,以Ni-CeO₂/SBA-15为催化剂,在自行搭建的固定床电化学催化（电催化）水蒸气重整实验台上进行了甲苯的电催化水蒸气重整实验,考察了电流强度、反应温度和水/碳摩尔比（S/C）对甲苯转化率、产气组成的影响,并对该催化剂进行了长时间活性测试。结果表明,电流的引入可以显著提高催化剂对甲苯的转化效率;在电流为4 A、反应温度为800℃、S/C为3时,甲苯转化率可以达到94.7%。