重整制氢技术的研究进展

氢能是国际公认的新型绿色能源,加速对氢能开发利用符合我国当前能源结构转变以及可持续发展战略.重整制氢因其制氢率较高,工艺较成熟,成本较低等优势而成为当前最为重要的制氢方法之一,但现阶段重整制氢仍存在一定的局限性.综述了近年来重整制氢的主要方法,重点分析蒸汽重整、部分氧化重整、自热重整在制氢过程出现的问题及改进方法,集中...     

中低温乙醇水蒸气重整制氢的催化剂性能研究

本文用浸渍——热分解-氢还原法（IHDHR）制备了Ni／La2O3和Ni／Y2O3催化剂,采用固定床反应器对催化剂的催化性能进行实验测试。结果表明,催化剂对中低温乙醇水蒸气重整反应表现出较高的活性和稳定性。     

用于燃料电池的甲醇水蒸气重整反应制氢的研究

研究了甲醇水蒸气重整制氢反应过程中各种因素对Cu/ZnO/Al2O3催化剂的活性和选择性的影响.结果表明:Cu/Zn比为2.0的催化剂在250℃反应时,催化剂效果较好,最合适反应条件是:压力0.1 MPa,温度250℃,n(H2O)∶n(CH3OH)=1.0～1.2,液体流速0.1 mL/min.在Cu/ZnO/Al2O3催化剂上,甲醇水蒸气重整、甲醇分解和水气转换反应随反应条件的不同而发生相互抑制或促进作用.     

板翅式反应器中甲醇水蒸气重整制氢

研制了一种高效板翅式反应器,其特点是体积相对较小,便于放置,便于扩大规模;集预热、气化、重整、催化燃烧于一体;板翅式反应器内部热量利用合理,放热反应与吸热反应、气化与冷却之间实现了较好的热量耦合;可实现完全自供热.在反应器中进行了一系列甲醇水蒸气重整的实验,考察了不同条件对甲醇重整制氢过程的影响、对反应器床层温度分布的影响,及反应器的稳定性.另外,由于板翅式结构的良好传热性,甲醇水蒸气重整在获得较高转化率的同时重整气中CO浓度较低,且反应器的稳定性良好.     

生物质衍生物重整制氢研究进展

氢能是公认的较为理想的绿色能源,开发利用氢能不仅能摆脱对传统化石能源的长期依赖,还能解决能源短缺及环境污染问题,低成本且高效环保地制取氢气有利于中国能源结构转变与可持续发展战略的实施,其中利用可再生生物质衍生物重整制氢技术越来越受到人们的关注。从化学与能源角度出发,综述和评论了国内外以生物醇类、苯酚类、酸类三大主要生物质衍生物为原料重整制氢的研究,分析了这些生物质衍生物重整制氢的反应机理,集中阐述了催化剂和载体对重整制氢的作用效果,以及催化体系所面临的问题及改进办法。结合目前制氢发展着重于催化剂改性、载体优化、工艺改进等方面的研究趋势,提出未来可深入开发新型载体和助剂、丰富催化剂体系、整合各种制氢工艺的研究方向。     

制氢技术研究进展及在燃料电池中的应用前景

分析了当前能源现状和形势,并对氢的特点、制氢技术的新近研究进展进行了阐述。氢能作为一种很有应用前景的载能体,已得到越来越广泛的研究和应用。在化学制氢、电解水制氢、生物制氢这3种制氢模式中,化学制氢仍是近期主要的制氢方式,其中催化重整制氢仍然是大规模制氢的主流,随着燃料电池这一环境友好的发电方式在技术上的不断突破,许多其他的制氢技术也得到了迅速的发展,并将伴随着燃料电池、氢燃料发动机等技术的发展和应用,一同步入氢能时代。     

丙烷自热重整制氢

以丙烷为主要成分的液化石油气(LPG)是一种有希望作为燃料电池车车载制氢系统的燃料。本文利用SIMSCI公司的PRO/Ⅱ软件对丙烷的自热重整制氢过程进行了研究,结果显示,空气比率是一个重要的参数,会对热效率产生敏感的影响。对于一套其他参数,存在一个最优的空气比率值,而且随着操作压力增加和操作温度的降低而降低。虽然汽碳比率对热效率影响不大,但是对产物气中氢气和一氧化碳的含量影响较大。通过对操作条件的分析,绘成了不同操作条件下的最优热效率图,可对重整系统的整合分析起到指导作用。     

车载二甲醚重整制氢技术的研究进展

二甲醚是一种清洁燃料,有望取代传统汽车燃料以达到高效能低排放的目的。研究表明,在发动机中添加一定量氢气可有效提高二甲醚的燃烧性能,车载二甲醚重整制氢技术的研究迫在眉睫。本文总结和评述了二甲醚重整制氢技术的研究进展,包括二甲醚重整制氢的方法以及重整催化剂等,并简要分析了各种二甲醚重整方法应用于车载重整器的可能性,指出催化剂的新型制备方法与等离子体重整技术是今后二甲醚车载制氢的主要方向。     

甘油水相重整制氢研究进展

甘油作为生物柴油的副产物,当前的产能严重过剩。甘油制氢,尤其是通过水相重整（APR）制取可以供燃料电池直接使用的高品质氢气,是提高甘油附加值、降低生物柴油成本的重要途径和手段。本文简述了当前生物柴油及其副产物甘油的生产,阐述了甘油的水相重整制氢反应,详细介绍了甘油水相重整制氢反应的热力学和动力学影响因素。分别从催化剂的贵金属活性组分、非贵金属活性组分和载体等三方面对甘油水相重整制氢反应进行了详细的综述,最后提出了双金属催化剂可能具有优异的催化甘油水相重整制氢性能。     

二甲醚水蒸气重整制氢催化剂的研究进展

高品质氢气的在线稳定供给是质子交换膜燃料电池（PEMFC）商业化的瓶颈和亟待解决的关键问题,以二甲醚为原料经水蒸气重整制取氢气是近中期最为现实和有效的氢源供给方案之一。本文总结和评述了近期二甲醚水蒸气重整制氢催化剂的研究进展,主要集中在固体酸催化剂中氧化铝和HZSM-5分子筛酸强度、酸类型以及结构的调变对性能的影响,同时对金属催化剂特别是Pd基贵金属催化剂和Zn基催化剂的研究现状、整体式催化剂以及催化剂的失活与再生的相关研究进行了重点介绍。根据对相关研究结果的总结,提出今后该领域的重要研究方向为：开发新型In₂O₃催化剂;构建具有多级孔、纳米结构的催化剂体系;创制具有特殊结构的催化剂（以多级孔分子筛/氧化铝为核,连续无缺陷的金属催化剂为壳）。     

二甲醚蒸气重整催化制氢工艺

考察了HZSM-5型分子筛在不同温度下对二甲醚水解的活性与稳定性,分析了分子筛硅铝比的影响。还将HZSM-5-50（硅铝比为50）与自制Cu-Zn-Al（摩尔比为3∶5∶2）催化剂进行物理混合制成复合催化剂,研究了两者质量配比对复合催化剂上二甲醚蒸气重整制氢过程中转化率与氢选择性的影响,并考察了不同原料气体空速下复合催化剂的性能。结果表明,复合催化剂质量比Cu-Zn-Al∶HZSM-5-50为1∶1、温度为275 ℃、气体空速为18000 mL/(gcat·h)的反应条件下性能比较稳定,当空速接近4000 mL/(gcat·h)时,H2收率可获极值,达到54%左右。     

甲醇水蒸气催化重整制氢技术研究进展

针对甲醇水蒸气催化重整制氢的应用背景,综述了甲醇水蒸气重整制氢的反应机理和动力学,对用于该反应的催化剂进行了总结分类,阐述了催化剂制备和反应阶段相关因素对催化剂特性的影响。在此基础上,指出甲醇水蒸气重整制氢技术研究与应用存在的问题与瓶颈,并对两种创新的研究--太阳能驱动的甲醇水蒸气重整制氢技术和甲醇重整制氢微通道反应器的开发技术进行了总结展望。     

甲醇水蒸气重整制氢研究进展

氢气需求的持续增长,带动制氢技术的不断进步。煤制氢技术投资较高,天然气制氢原料来源受到限制,电解水制氢成本较高。甲醇制氢投资适中,适合各种规模的制氢装置,铜基催化剂反应温度低,低温活性和氢气选择性好,价格低廉,因而甲醇制氢技术得到广泛应用。催化剂载体和助剂的改进研究,对工业催化剂的改进具有重要的指导意义。综述甲醇水蒸气重整制氢工艺、反应机理和催化剂,介绍了催化剂载体和助剂等方面的研究进展情况。     

燃料电池用柴油重整制氢技术现状与展望

现有储氢技术在储氢密度、能耗及相应的基础设施建设等方面存在明显短板,难以满足燃料电池技术商业化发展需求,现场制氢技术得到了广泛关注。其中,柴油重整制氢技术以其理论产氢比率高、适用领域广、基础设施完善、安全性好、成本低等优点,可广泛应用于汽车、船舶、分布式发电等民用领域以及潜艇、舰船等军事领域,成为热点研究之一。本文综述了柴油重整制氢的分类,详细介绍了蒸汽重整、部分氧化重整和自热重整制氢的反应机理,并对三种重整反应的优缺点进行了对比分析;在此基础上,概述了三种重整反应国内外研究现状。总体而言,蒸汽重整产物中氢气浓度最高但系统质量较大,比较适用于固定制氢领域;自热重整技术系统结构较为紧凑,产物氢气浓度适中,比较适用于汽车等移动制氢领域;部分氧化重整技术由于产物H₂/CO比率较低,加之反应温度较高,容易发生结焦反应,目前其应用领域还相对有限。     

小型碳基燃料水蒸气重整制氢装置研究

设计并加工了一种小型碳基燃料水蒸气重整制氢装置,该装置为不锈钢材料,采用集成式结构设计,使得加热、气化、重整、分散等多功能部件有机地结合在一起,大大减小了装置的设计尺寸,减小了装置占有空间,降低了装置成本,实现了小型、微型化的目的,便于移动、便携式制氢装置的推广。该反应器装载花状微球Ni/CeO₂催化剂,在重整性能测试中甲烷流量为1250mL/min时,水碳比H₂O/CH₄=2：1,560℃反应温度下,该反应器表现出了良好的重整制氢性能,重整气中氢气的组成达到70%以上,甲烷的含量降至16%以下,用于高温燃料电池发电的功率计算,满足500W功率设计要求,达到550W以上。实验表明这种重整制氢装置可用于高温燃料电池供氢系统。     

吸附强化蒸汽重整制氢中CO2固体吸附剂的研究进展

吸附强化蒸汽重整（SESR）制氢技术是集重整反应（H₂生产）和选择性分离（CO₂吸附）于一体的新型技术。该技术的特点为采用固体吸附剂在高温下对CO₂进行原位脱除,以改变反应的正常平衡极限,提高烃类转化率,提高H₂产量,减少CO₂排放。在整个SESR制氢技术中,吸附剂的选择与反应条件至关重要。本文探讨了CaO、水滑石、Li₂ZrO₃、Li₂SiO₃以及双功能吸附剂在SESR制氢过程中的性能,总结了提高这些吸附剂吸附性能的不同方法。确定了固体吸附剂的反应条件,如温度、压力、水蒸气量等因素的影响及相关的反应机理。分析表明,CaO基吸附剂由于其低廉的价格及较高的吸附能力,被认为是最具潜力的吸附剂,然而在SESR制氢过程中,CaO基吸附剂面临着多次循环再生后吸附能力衰减的挑战。集吸附与催化双重功能的吸附催化材料由于可以克服SESR制氢中不同固体催化剂和吸附剂的匹配问题、降低所用固体材料的成本,从而使其在吸附强化蒸汽重整制氢方面具有巨大优势,并成为该领域未来研究的一个重要方向。     

液体碳氢燃料蒸汽重整制氢催化剂研究进展

液体碳氢燃料具有能量密度高、氢含量大及便于储存和运输的特点,以其为原料经重整制氢并应用到移动式的燃料电池/加氢站对民用设备及国防武器等具有现实意义。本文首先对液体碳氢燃料蒸汽重整机理进行概述,明确当前催化剂面临的积炭、硫中毒等主要问题,从而指导高性能催化剂的设计和开发;其次,总结了几种典型液体碳氢燃料（汽油、煤油、柴油、焦油、含硫碳氢燃料等）蒸汽重整催化剂的相关进展,对比了不同催化剂在相应工艺条件下的活性及稳定性;最后,归纳了几类蒸汽重整过程强化技术包括等离子体重整、化学链重整、吸附增强重整及反应与分离耦合重整,说明了各类强化技术的优点及存在的不足,提出通过构建高效催化剂与蒸汽重整强化技术耦合有望实现液体碳氢燃料的高效转化制氢。希望本综述能为进一步研究液体碳氢燃料重整制氢提供相关指导。     

Pathways for steam reforming of dimethyl ether under cold plasma conditions: A DFT study

Density functional theory has been used to study the thermodynamics associated with the steam reforming of dimethyl ether (DME) under cold plasma conditions. The calculation showed that the only thermodynamic obstacle of the production of hydrogen, CO, dimethoxymethane (DMMT) and 1,2-dimethoxyethane (DMET) was the dissociation of DME and steam molecules, which was easy to be overcome under cold plasma conditions. The formation of hydrogen and CO was through a multi-step pathway via the methoxy radical conversion and dissociation of formaldehyde, while the recombination of H generated extra hydrogen. The syntheses of DMMT and DMET are from the recombination of and CH₃O, which could be primarily generated through DME dissociation or the reactions: H + CH₃OCH₃, OH + CH₃OCH₃, . The structure and electronic properties of DME anion were also studied in this work. Theoretical calculation showed that the DME anion was less stable than the neutral molecule. The route for the formation of and CH₃O from DME anion is thermodynamically favorable.