旋转滑动弧等离子体重整制氢研究进展

近年来,等离子体制氢技术因系统启停迅速、可处理燃料种类多等优势得到研究者的广泛关注。旋转滑动弧等离子体为非热平衡等离子体,兼具热等离子体和冷等离子体特点,是等离子体重整燃料制氢领域的研究热点。文中简要介绍了旋转滑动弧等离子体重整制氢原理及其性能评价指标,主要对近5年来旋转滑动弧等离子体重整乙醇、甲醇及甲烷制氢的反应物转化率、氢气选择性以及能量效率的研究进展进行总结、分析与展望。基于当前研究现状,针对能量效率优化和氢气选择性改善提出了几点建议,认为优化电源设计、提高旋转滑动弧等离子体反应器与等离子体电源的阻抗匹配度以及旋转滑动弧等离子体重整制氢机理分析两方面还有大量研究工作待完成。研究表明,旋转滑动弧等离子体耦合催化床反应器使反应物转化率及氢气选择性均得到提升,是推动等离子体制氢技术发展的一个重要研究方向。     

甲醇水蒸汽重整制氢的研究进展

评述了燃料电池上甲醇水蒸汽重整制氢的现实意义。介绍了目前甲醇水蒸汽重整制氢催化剂 ,反应动力学和重整富氢气体中CO除去的研究现状     

燃料电池甲醇重整制氢研究进展

阐述了燃料电池中甲醇重整制氢的现实意义,对甲醇重整催化剂和重整器的研制与开发进行了综述.评述了甲醇分解、甲醇水蒸气重整和甲醇氧化重整催化剂的研究情况.根据燃料电池上甲醇重整器的技术要求,介绍了用于甲醇重整制氢的管式、板式和微反应器.开发高效催化剂和研制低温快速启动、自供热的小型甲醇重整器是实现甲醇重整制氢用于燃料电池的研究方向.     

高稳定性甲醇自热重整制氢Zn-Cr催化剂

研制了一种甲醇自热重整制氢Zn-Cr催化剂,具有甲醇制氢活性高,稳定性好的特点.可在723～923 K较宽温度范围和大空速下运行.使用前无需预还原处理,使用后或暂时停用时无需钝化处理,便于操作.避免了铜基甲醇制氢催化剂稳定性差,贵金属催化剂氢选择性低的缺点.MOR-67催化剂在1000 h连续运行下,催化剂活性和选择性变化不大.在频繁启动停工的操作下,也具有良好的稳定性,表明适合于车载甲醇重整制氢燃料电池氢源使用.     

燃料电池上甲醇水蒸气重整制氢研究进展

介绍了燃料电池电动车的研究与发展,评述了在燃料电池上甲醇水蒸气重整制氢的现实意义.重点讨论了甲醇水蒸气重整制氢催化剂体系:铜系催化剂和贵金属系催化剂.详细介绍了铜系催化剂的开发研究现状,铜系催化剂的活性组分,以及制备工艺、活化条件、反应状况和催化剂的物理结构等因素对铜系催化剂性能的影响.阐述了贵金属催化剂的研究现状以及甲醇水蒸气重整制氢新型催化剂的开发.评述了甲醇水蒸气重整制氢的反应机理和反应动力学的研究现状.     

燃料电池的氢源技术--乙醇重整制氢研究进展

对燃料电池的氢源技术之一--乙醇重整制氢的相关研究进行了综述.首先,对乙醇重整制氢在燃料电池氢源中所处的地位和占有的优势进行了分析,总结了乙醇重整制氢的反应机理,系统地归纳了国内外对乙醇重整制氢催化剂、乙醇氢分离膜及相关材料的研究进展,并对目前两种乙醇重整质子交换膜燃料电池系统的研究进行了对比分析.同时,对乙醇重整燃料电池系统存在的问题进行了初步探讨,展望了乙醇燃料电池的发展前景.     

碳中和目标下制氢关键技术进展及发展前景综述

本文围绕制氢关键技术的研究进展进行综述,分析了氢能发展的背景,整理并解读了当前我国与氢能相关的政策,并调研了几项国内典型制氢项目。对氢能产业链中制氢环节应用现状及关键技术原理进行了梳理和对比,包括煤制氢、醇类制氢及电解水制氢技术的原理、电解槽结构及数学模型,并分析了由“灰氢”到“绿氢”转化的重要意义,为我国“绿氢”制取关键技术的发展提供借鉴和参考。     

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。     

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%。     

甲醇重整制氢系统的数值模拟与分析

利用化工流程模拟软件AspenPlus[1]建立了甲醇重整制氢系统模型,并通过自行设计的实验系统进行了验证。结果表明,该模型能够较准确地预测重整系统出口状态下的氢气体积含量,并且可用于分析操作参数对重整制氢系统性能的影响。另外,基于能量守恒原理,对系统的经济性进行了分析。研究结论可用于指导甲醇重整制氢系统重整方式的选择,工作参数选择及优化设计。     

碳中和目标下电解水制氢关键技术及价格平准化分析

随着低碳清洁氢发展成为全球共识,各国制氢技术路线均立足本地氢源潜力和未来氢能产业需求,呈现低碳氢、清洁氢到可再生氢的梯次发展趋势。电解水制氢技术的发展是低碳清洁氢气供给的突破口。该文首先对电解水制氢技术进行综述,介绍包括美国、日本、欧洲等国家电解水制氢技术路线图和技术指标目标;然后深入分析国内电解水技术发展现状,并与国外技术水平进行了差距量化对标,在此基础上提出我国电解水制氢潜在的技术路线;最后分析目前中国平准化低碳清洁氢成本,并且对中国2020～2050年平准化低碳清洁氢成本进行了预测。降低低碳清洁氢气平准化价格,需要从技术、商业模式创新等多方面协同发力,从而发挥其在能源转型及深度脱碳方面的作用。     

燃料电池AIP潜艇用氢源技术的发展现状及分析

介绍了燃料电池AIP用储氢和制氢技术的国内外发展现状,重点论述了金属储氢和甲醇制氢技术的最新发展趋势;提出了甲醇制氢是未来燃料电池潜艇氢源的发展方向。     

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。     

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。     

氢经济面临的机遇和挑战

从氢的生产、储运和应用三个方面概述了氢经济面临的机遇和挑战:氢的生产技术有化石燃料重整、太阳能制氢、生物制氢、热能制氢等;储氢方式和储氢材料有高压气瓶储氢、固体储氢材料(主要是金属和复合氢化物材料、纳米结构材料);氢的应用方面主要介绍了两种燃料电池技术,质子交换膜燃料电池和固体氧化物燃料电池。人类在这些方面已取得很大的进展,但是人类离氢经济的实现尚有不小的距离。发展可持续的制氢技术、高密集的储氢材料和先进的燃料电池技术是实现氢经济的关键。最后指出实现氢经济对中国的意义更大。     

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。     

生物质制氢技术研究综述

合理开发利用可再生清洁能源氢能,能够促进我国能源结构转变升级,推动社会绿色可持续发展。在“双碳”目标下,生物质制氢技术被认为是一种发展潜力巨大的绿色环保制氢技术,可分为热化学法与生物法。综述了这两种方法所涉及的蒸汽气化、超临界水气化、生物质热解重整、光发酵、暗发酵等制氢技术的原理、影响因素、优缺点及研究现状,并且综合分析常见生物质制氢技术存在的技术壁垒与发展障碍。对于生物质制氢技术的发展具有一定指导意义。     

甲醇重整制氢PEMFC系统余热分析

甲醇重整质子交换膜燃料电池系统主要包括了甲醇重整制氢模块、氢气提纯模块、电堆模块以及电转换模块等,现有系统发电效率能够高达30%,使用热电联产后理论效率能达到70%,因此有必要对系统内部余热情况进行研究。基于甲醇重整质子交换膜燃料电池系统实验台,分析了平稳运行时系统内部产生的理论余热量,并详细计算了在不同输出功率下系统运行产生的实际余热量,结合理论计算进行对比,提出系统余热利用以及进一步优化的方向。     

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)。     

氢的制取、储存及前景综述

针对氢能制取、储存技术以及应用前景的最新发展现状,分析了我国目前氢能发展的特点及应用前景。生物质制氢、太阳能热化学循环制氢等技术具有资源丰富、使用可再生能源的优点,能克服传统电解水制氢能耗高和矿物原料有限的缺点,成为提高制氢效率、实现规模生产的研究重点。高压气态储氢技术的研究进展主要体现在改进容器材料和研发吸氢物质方面;低温液态储氢技术研发重点是降低能耗和成本;固体吸附储氢技术正努力突破储氢密度低的难题。