甲烷重整制氢气的研究进展

甲烷(天然气)资源丰富，氢碳比高，是良好的制氢原料．本文对各种重整制氢过程，包括水蒸汽转化、部分氧化、二氧化碳重整、自热重整、甲烷裂解进行了综述，并对甲烷重整制氢的前景给予了展望。     

甲烷二氧化碳重整制合成气催化剂的研究进展

本文综述了在甲烷二氧化碳重整制合成气反应中催化剂的研究进展,介绍了用于该反应的典型催化剂,其中包括贵金属催化剂和镍基催化剂等。重点关注了一类新型的催化材料,过渡金属碳化物在反应中的一些催化特性。同时展望了未来催化剂的研究方向。     

甲烷催化裂解制氢气的研究

甲烷制氢有很多种方法,而其中甲烷催化裂解制氢因其耗能少、不产生COx而成为一种较有前景的方法。文章从提高甲烷制氢转化率着手,介绍了操作条件如反应器形式、反应时间、温度、流速等及催化荆活性碳尺寸对反应的影响。另外,介绍了副产品碳的可能应用领域。     

脂肪预处理发酵联产氢气和甲烷的研究

针对脂肪难以产氢、能源转化率低的问题,以肥猪肉作为脂肪代表物,研究了其预处理后发酵联产氢气和甲烷的特性.结果表明,在产氢阶段,碱和脂肪酶预处理促进了脂肪的水解,提高了累积产氢量.驯化菌种能较快的适应底物环境,从而缩短延滞期并提高了产气速率.碱水解时应控制体系的Na+终浓度不超过0.2mol/L,更高的碱用量会因Na+浓度过高而抑制产氢.为了提高能源转化率和原料利用率,提出了利用脂肪发酵产氢后的有机酸废液继续联产甲烷的创新工艺,并利用该工艺得到底物总挥发性固体的单位产氢潜力为32.6mL/g,联产甲烷潜力为24.88mL/g.其中单产氢气的能源转化率为0.85%,联产甲烷以后的能源转化率可提高至2.99%.     

甲烷部分氧化制合成气的反应机理探索

甲烷部分氧化制合成气的反应机理探索姜玄珍（化学系）近年来，甲烷部分氧化制合成气（ＣＯ＋Ｈ２）成为十分吸引人的课题［１－３］。因为它（ＣＨ４＋１／２Ｏ２→ＣＯ＋２Ｈ２……（１），△Ｈ＝－８．５ｋｏａｌ．ｍｏｌ－１）是温和放热反应，所制合成气之比Ｈ２／Ｃ...     

渐缩微喷管内氢气掺混甲烷预混燃烧实验研究

在出口直径为1.6 mm的石英渐缩喷管中进行预混燃烧实验,研究不同当量比(实际供给的空气量与理论上可完全燃烧需要空气量之比)以及混合比R（甲烷体积与燃料总体积比）下氢气/甲烷/空气在微尺度喷管内稳燃范围、输出推力、壁面温度分布等特性.通过实验发现,混合比越大,对应的稳定流速下限越小,当量比越大,对应的稳定流速下限越大,其中Φ=0.7,稳燃流速范围最大.当Φ=0.6时,壁面最高温度随着R的增大而减小,但是当Φ=0.9时,壁面最高温度几乎没有变化.壁面最高温度出现在Φ=0.7时,为761 ℃.火焰分为2层,内层颜色基本为淡蓝色,表明燃烧中氢气被点燃.当输入功率（由氢气和甲烷的热值与各工况体积流量计算获得）Q=13 W时,Φ=1.0时得到的比冲最大,效率最高.     

载体对甲烷部分氧化制合成气反应的影响

用粒度为5mm的α-Al2O3、θ-Al23、γ-Al2O3为载体，用浸渍法制备了10％（wt%)Ni基催化剂，在固定床流动反应器中，在反应温度500－800℃和大空速下，测定了该催化剂用于甲烷部分氧化制合成气的活性和CO选择性。结果表明，催化剂在500℃下用H2还原后，10％ Ni/θ--Al2O3，Ni/γ-AlO3对POM反应无活性，只有10％Ni/α-Al2O3对POM反应有活性，且甲烷转化率和CO选择性均反应温度和空速的增大而增大，XRD测试结果表明，只有10％Ni/γ-Al2O3催化剂在850℃下反应4h后，其载体的晶型发生了变化，由γ-Al2O3转变为α－Al2O3。     

甲烷制备高纯度氢气的实验研究

对甲烷制备可供质子交换膜燃料电池(PEMFC)用的高纯度氢气进行了实验研究，得出了不同蒸汽／碳比值时甲烷的转化率、不同过量空气系数对制备气体成分的影响、不同压差时氢气在选择性膜中的渗透率以及不同系统压力对氢气反应焓的影响规律．研究结果表明，在蒸汽与甲烷中的碳比例一定时，蒸汽重整反应器内的反应速率和它出口处CO的浓度，随甲烷的流量的增加而提高．提高甲烷蒸汽重整系统的工作温度和压力，可以提高甲烷的转化率，在S／C比值不变的情况下，仅提高温度可提高甲烷的转化率约10％；而将工作压力由0．1MPa提高到0．6MPa，甲烷的转化率提高约21％．甲烷的理论转化率为84．6％，本文实验研究中的最大实际转化率为78．03％，实验研究系统的系统完善度为92．23％，说明该系统还有待完善之处，还可以进一步提高甲烷的转化率．增大PEMFC中选择性膜两侧的压差或提高氢气的纯度，均利于提高氢气混合物的渗透率．该研究为制备符合PEMFC使用条件的氢气提供了可靠依据，同时为综合利用煤层气提供了新的途径。     

脱氧催化剂纯化氢气的应用研究

天津盘山发电厂一期工程制氢系统1995年以来采用大连催化剂厂生产的活性氧化铝钯脱氧催化剂提高了氢气纯度,以避免氢气中混入氧气产生氢气爆炸危险,从而提高了电力生产的安全性.     

脉冲放电等离子体甲烷氯化制氯代甲烷

采用脉冲电晕放电等离子体活化手段在线-筒式反应器中,进行甲烷氯化合成氯代甲烷反应.考察了原料气V(Cl2):V(CH4)值、电晕放电脉冲电压和电晕放电重复频率参数对甲烷转化率及氯代甲烷选择性的影响.反应物及各产物通过气相色谱法进行在线分析.实验结果表明:常温常压下,在脉冲电晕等离子体作用下,甲烷和氯气反应可以生成氯代甲烷.甲烷的转化率随加入能量强度的增加而提高.提高氯气/甲烷摩尔比,多氯甲烷的产率也提高.当反应气总流速为100 mL/min,V(Cl2)∶V(CH4)=1.2∶1,脉冲放电电压为17.5 kV,放电频率为80 Hz时,甲烷的转化率为10.5％,一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷和四氯甲烷的选择性分别为67.6％,17.7％,13.3％和1.4％.     

生物甘油水蒸气重整制氢强化过程的参数评估

为深入分析生物甘油水蒸气自热重整制氢强化过程以实现高效制氢,采用吉布斯自由能最小原理,研究氢气分离与二氧化碳吸附两种强化手段对甘油自热重整过程的影响,分析氢气产量、积碳量与反应热随温度、氢气分离系数等参数的变化规律.结果表明:氢气的分离会大大提高氢气的产量,抑制甲烷的生成,但会导致积碳量增加.氢分离会增加对反应热的需求,为达到自热,需要更高的氧气-甘油投料比.氧化钙作为二氧化碳吸附剂,在750 K以下由于生成氢氧化钙而降低氢气的产量;当温度高于800 K时,碳酸钙分解会降低吸附剂对二氧化碳的吸附能力,故氧化钙的吸附温度应控制在750~800 K.二氧化碳吸附所放出的热量可以使甘油重整实现自热.     

滑动弧放电等离子体重整甲烷制取合成气钟犁

 考察了在常温常压条件下利用滑动弧放电等离子体,使CH4与CO2重整制取合成气的效果,分析了供给电压、原料流速、预热温度等参数对转化率、选择性和制氢能耗的影响.结果表明,滑动弧放电可突破常温时热力学平衡的限制,有效促进重整反应的进行.与其他等离子方法相比,滑动弧放电的能量效率显著提高.增大电压或预热温度,可提高氢气选择性,促进氢气生成;增加流量,能量效率随之提高,但流量过大时,氢气选择性显著下降.当CH4与CO2的量比为1∶1、供给电压为8 640 V、喷嘴流速为130 m/s、预热温度为400 K时,制氢综合能耗最低,为103.1 kJ/L,此时单位氢气电耗为18.6 kJ/L,转化能力为6.37 mmol/kJ.     

介质阻挡放电辅助甲烷蒸汽重整的动力学分析

为了发展可用于等离子辅助甲烷蒸汽重整的详细反应机理,采用数值模拟和实验研究相结合的方法,系统分析了停留时间、水蒸气/甲烷摩尔比及其反应温度对甲烷转化率和产物产量的影响规律。结合一组实验数据,发展和评估了等离子体辅助甲烷蒸汽重整的详细反应动力学机理。与实验结果对比表明:该动力学机理可以准确预测甲烷转化率及其各产物产量的变化趋势。路径流分析表明CH3基再结合是CH4转化为CO的主要限制步,O基是影响CO生成的关键组分。并列式协同催化实验中有效碳回收率达到100%,该结果初步证实了路径流分析结果的正确性。所做研究明确了等离子体催化甲烷重整的特性,为非平衡等离子体与催化剂协同催化甲烷蒸汽重整的机理研究奠定了基础。     

Novel synthesis of nickel oxide microsphere with high surface area and its catalytic application for carbon dioxide reforming of methane

Nickel oxide （NiO） microsphere with a large surface area was novelly synthesized through nickel bicarbonate （Ni（HCO3）2） precursor.The obtained nickel oxide （NiO） microsphere was characterized by X-ray pattern diffraction,scanning electron microscopy,CO2 temperature-programmed desorption,H2 temperature-programmed reduction,N2 adsorption/desorption and laser scattering particle size distribution analyzer.It was found that nickel oxide （NiO） synthesized by the thermal decomposition of Ni（HCO3）2 through area hydrolysis,presented very nice microsphere with high surface area.The catalytic properties of obtained nickel oxide （NiO） microsphere were studied in the reaction of carbon dioxide reforming of methane where 91.3% conversion of CH4 with 93% conversion of CO2 was observed.Besides,the catalyst maintained high stability over 200 h on the stream.     

煤层气排采时渗透率动态特征研究

正确认识煤层气井开采过程中的渗透性变化特征是实现煤层气科学高效开发的重要前提.目前,大量的室内实验研究渗透率随排采的变化时仅考虑压力敏感性,而没有考虑在实际生产过程中存在的基质收缩效应的影响.笔者提出一种动态分析方法,利用实际生产数据,分段拟合出不同生产时间下的煤层参数,包括渗透率和地层压力等,并且在前人研究的基础上建立了考虑应力敏感效应和基质收缩效应的渗透率数学模型,通过数据回归获得到模型的具体参数.该方法可以用于描述煤层渗透率的动态特征,预测煤层气产量变化,指导现场配产.     

焙烧温度和时间对磷化钨催化剂重整反应活性的影响

采用柠檬酸络合法通过程序升温还原方法制得磷化钨(WP)催化剂,在常压连续微型化固定床反应装置中,以物质的量比为1∶1的甲烷和二氧化碳的混合气为反应气,在不同反应温度下对催化剂的重整活性进行了评价。考察了不同焙烧温度和焙烧时间等制备条件对WP催化活性的影响。实验结果表明,催化剂活性随焙烧温度先增加后降低,773 K为最佳焙烧温度;同时,焙烧时间对催化剂活性也有明显的影响,5 h为最佳焙烧时间。