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。     

固体氧化物燃料电池系统的模拟及优化

以第三代燃料电池——固体氧化物燃料电池为研究对象,基于德国西门子新型固体氧化物燃料电池技术,选用内外燃料重整相互结合的设计方式,对第三代固体氧化物燃料电池系统进行研究.将系统输入火用效率、能量利用率、燃料利用率及燃料电池的进出口温度作为评价指标,对设计工况为5 kW电效率的系统做出深入分析与进一步优化.与最初5 kW工...     

燃料重整固体氧化物燃料电池发电系统性能分析及多变量参数优化

以燃料重整的固体氧化物燃料电池发电系统为研究对象,通过数值模拟方法对固体氧化物燃料电池发电系统的性能、(火用)损、(火用)效率以及多变量运行参数优化进行了分析。研究结果表明：重整反应中燃料利用系数、电池工作温度、水碳比、电堆电流密度等参数对系统性能影响显著;电堆工作在不同电流密度下都有其对应的最佳工作温度、最佳燃料利用系数工况点;水碳比会改变重整反应产氢量,从而影响电化学反应速率,空气加热器的(火用)损所占份额最大;优化后的系统效率及(火用)效率为0.480 9和0.462 6,效率提升约4%。     

铂基催化剂快速部分催化氧化甲烷的研究

以Al2O3为载体,采用浸渍法制备Pt/Al2O3催化剂,通过测量重整反应过程中催化剂的温度分布情况,研究了改变甲烷快速部分氧化重整反应中反应条件(反应气体预混合温度、N2体积比例、CH4/O2比)对反应物的转化率及产物选择性的影响。研究发现,催化剂床层温度的上升可以促进CH4的转化,使H2和CO的选择性升高且H2与CO的物质的量的比(简称H2/CO比,依此类推)升高。N2体积比例及CH4/O2比的升高,会降低催化剂床层温度,进一步造成CH4的转化率和H2/CO比降低,但与仅降低混合气预热温度不同的是,提高N2体积比例及CH4/O2比会造成H2和CO的选择性升高,这可能是催化剂表面的活性氧导致的。通过对甲烷在Pt催化剂上的反应机理进行了初步讨论,认为甲烷的快速部分催化氧化反应为多种反应路径共存,不同的反应条件下各种反应路径所占比例会发生变化。     

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.     

不同进气模式下平板式多孔介质电极SOFC的重整性能分析

在作者已开发的SOFC单电池结构及其阳极上甲烷重整的有效动力学模型的基础上,构建了直接内部重整的平板式多孔电极支撑(PES)固体氧化物燃料电池(SOFC)的全三维数学模型,根据模型分析了SOFC在不同进气模式顺流和逆流工况下,单电池内的流动、传热传质、化学、电化学和电流场等物理过程,给出了单电池内气体组分、温度、电势、电流密度等参数的空间分布。分析结果表明:进气方式对于电池的性能有一定的影响,与顺流相比在相同工况下燃用同样的燃料,采用逆流进气口电池的运行性能虽然略有提高,但是电池阳极内存在较高温度的热点,并且热点的位置不确定。     

基于太阳能热驱动甲烷重整制氢的燃料电池发电系统性能研究

该文采用Aspen Plus软件建立膜反应器重整制氢及燃料电池模型,根据拉萨某日太阳能直接辐射强度（DNI）变化计算太阳能可供使用的能量,作为外热源输入重整系统,并分析反应温度、水碳比（S/C）及DNI对该系统各性能指标的影响,性能指标包括甲烷转化率、H₂收率、电池功率及电压、太阳能转换为氢能的效率。结果表明：反应温度为500 ℃,S/C为2.5时有利于太阳能甲烷湿重整反应;系统日性能结果显示在某日10:00—20:00时,电池输出功率120 kW,太阳能-化学能转化效率0.368,系统发电效率0.225。     

甲烷在多孔介质中过滤燃烧制氢的数值模拟

对燃料极富条件下(φ>2.0)甲烷在多孔介质中的部分氧化重整制取氢气的工艺过程进行了数值模拟.建立了一维定常双温度模型,采用详细化学反应机理GRI1.2,着重研究燃烧区峰值温度、主要化学组分的分布规律和氢气的转化效率.讨论了混合气体流速、当量比等参数对甲烷转化特性的影响.数值模拟结果与文献[4]的实验结果基本吻合.     

重整制氢技术及其研究进展

燃料电池技术的发展使得氢能利用也在快速发展，目前利用重整技术进行制氢是十分重要的一种手段。本文介绍了重整制氢技术的现状及其研究动态，指出了蒸汽重整是目前比较成熟的制氢方法，并正在由常规型设备向紧凑型、微通道型方向发展。另外介绍了部分氧化重整、催化部分氧化重整和自热重整技术的优缺点以及它们目前所遇到的技术困难。最后预测了今后重整制氢技术的研究重点是等离子体重整。     

表面催化重整反应对热棒点燃预混气影响的理论分析

对CH4、水蒸汽和空气的预混气在涂有催化剂的热棒表面的着火进行了计算分析,并与实验结果作对比。实验和计算结果都表明,该催化剂使重整反应能够在较低温度下(200-500C)发生,产生少量H2。由于H2的高反应率和高扩散性对预混气性质育显著影响,大大降低了着火温度。对于改善烃类燃料的掺水燃烧有重要意义。传统的催化燃烧是用贵金属催化剂直接催化氧与燃料间的氧化反应,降低着火温度。与其不同,采用廉价含稀土的镍催化材料,催化燃料与水蒸汽的重整反应,使之在固体表面生成H2,利用H2来改善燃烧,是一种“间接”的催化燃烧。     

Cu-Ni/γ-Al2O3催化剂上二甲醚水蒸气重整制氢工艺条件的研究

采用沉积沉淀法制备了Cu-Ni/γ-Al2O3催化剂,在连续流动的固定床反应器内,进行了二甲醚水蒸气重整制氢反应的研究,考察了还原温度、反应温度、系统压力、气体空速以及催化剂的粒径大小等工艺条件对Cu-Ni/γ-Al2O3催化剂上二甲醚水蒸气重整制氢反应性能的影响。实验结果表明,较优的工艺条件为:催化剂还原温度为400℃,粒径为0.45～0.90mm,反应温度为350℃,常压,气体进料空速为3240mL.(gcat.h)-1。     

超低热值燃气催化燃烧室特性的模拟

对一种新型超低热值燃气催化燃烧室的特性进行了数值模拟研究.这种燃烧室采用蜂窝结构,应用于超低热值燃气轮机系统;超低热值预混气体流过蜂窝状燃烧器的每一个微细通道,在通道表面发生催化反应.分析了催化燃烧室催化剂负载量、预混气体体积流量、燃烧室入口温度和燃料体积分数等主要因素对催化反应器催化特性的影响.计算表明:催化剂负载量制约整个催化反应的速度;减小体积流量、提高燃料体积分数和提高燃烧室入口温度能够显著提高催化转化效率;为避免反应器温度过高导致催化剂失活,甲烷的浓度和燃气入口温度必须合理控制.     

非平衡等离子体辅助燃料重整的实验研究

基于介质阻挡放电（DBD）催化燃料蒸汽重整试验平台,系统地研究了水蒸气与甲烷物质的量比n（H2O）／n（CH4）、壁面温度、停留时间、输入功率及频率等对甲烷蒸汽重整过程中的有效碳回收率、甲烷转化率及其产物选择性等的影响．结果表明：当停留时间为0．29S时,有效碳回收率为96％,随着停留时间的增加,有效碳回收率线性下降;增加停留时间及增大n（H2O）／n（CH4）和输入功率有利于甲烷转化;停留时间为0．59S时,不同操作条件下甲烷转化率在20％以上,H2选择性在20％左右,Q＋C。选择性在209／6左右,CO选择性在4％左右,有C4以上高碳烃生成．     

固体氧化物燃料电池技术进展及其在汽车上的应用

固体氧化物燃料电池（SOFC）采用的是全固体的电池结构,可进行甲烷、燃料油（汽油、柴油）的内部重整、适用于多种燃料气,从而解决了燃料的供应问题？固体氧化物燃料电池不但可以应用于固定电站。在电动车方面也有很好的发展前景。较详细地介绍了SOFC在汽车方面的应用以及为了实现这一技术的产业化所必须解决的关键问题。     

基于V-W/Ti基催化剂的NH3选择性催化还原NOx的试验研究

针对一使用SCR技术满足欧-Ⅳ排放标准的柴油机排气特征,在连续流动固定床反应器上利用NH3作还原剂对一纳米级V-W/Ti基催化剂的选择性催化还原NO的反应进行了试验研究,分析了在不同温度、空速、NH3/NO摩尔比的情况下对DeNOx性能的影响.试验结果表明,温度对催化还原性能的影响最大,在低温下,由于催化剂活性不高,NOx的脱除效率很低,随着反应温度的升高,催化剂活性升高,NOx脱除率随之急剧升高,在300℃～450℃范围内达到较高的NOx脱除效率;随着NH3/NO摩尔比的增加,还原效率并未明显增加,但NH3的氧化和泄漏越来越严重;另外,空速对低温下还原效率也存在一定的影响.     

基于生物质气的固体氧化物燃料电池-燃气轮机混合动力系统的性能分析

以生物质气为燃料,建立了固体氧化物燃料电池-燃气轮机混合动力系统的仿真模型.利用所建立的模型进行仿真,根据燃料电池特性参数和压气机、透平特性曲线,分析了燃料质量流量、空气质量流量等参数对混合动力系统性能的影响.结果表明:基于生物质气的固体氧化物燃料电池-燃气轮机混合动力系统的发电效率最高可达61.55%,但在这种情况下系统的寿命和可靠性急剧下降;在设计点工况下,系统的发电效率可达55.31%.燃料质量流量不变,空气质量流量可以在0.084 0~0.179 9kg/s内调节,系统效率变化范围为61.55%~51.43%;空气质量流量不变,为防止压气机发生喘振,燃料质量流量变化范围为0.062 3~0.084 6kg/s,功率变化范围为124.9~187.3kW.     

基于Ca循环的生物质加压气化制氢系统的模拟与优化

建立了基于Ca循环的生物质气化制氢模型,包括气化单元和燃烧单元.气化单元包括热解与重整2个模块,通过快速热解试验获得初始热解模块的结果,并进行了压力和温度的修正计算;通过调整二次热解时进入燃烧炉的焦炭量,使得燃烧炉能够达到煅烧碳酸钙的温度,剩余焦炭进入气化炉;重整模块以及燃烧单元采用Gibbs自由能最小化原理进行计算.通过控制气化反应平衡趋近温度得到系统加压时非平衡态工况的结果,并与气化炉试验结果进行了对比验证.考察了压力、温度、n（Ca）/n（C）和n（H2O）/n（C）对氢气体积分数与产量、碳酸化率和碳酸钙煅烧率等的影响.通过优化,得到了最优的氢气产量为106.4 g/kg,体积分数可达94.0％.     

重型柴油机尿素SCR后处理系统的控制策略研究

针对重型柴油机尿素选择催化还原(SCR)后处理系统的控制策略进行了研究,研究了空速、催化剂温度、催化剂对NOx的转化效率、催化剂的NH3吸附与解吸附等催化荆特性对控制策略的影响,并根据工况提出了高负荷工况和低负荷工况的动态修正.基于上述研究结果对控制策略进行优化,采用基于发动机MAP图和实际工况的稳态和瞬态修正控制策略,使所匹配的柴油机尿素SCR后处理系统达到重型柴油车国-Ⅳ及以上排放标准.     

掺氢比对低排放燃烧室性能影响研究

为了探究传统天然气燃气轮机对氢气燃料的适应性,基于现役某型工业低排放燃气轮机结构和性能,用数值模拟方法分析了燃料中氢气比例对低排放燃烧室性能的影响,确定了燃烧室燃用甲烷和氢气燃料的换用性能。研究表明：在1.0额定工况,掺氢比小于等于30%时,燃烧室不发生回火,喷嘴内部和火焰筒肩部回流区的温度以及燃烧室的总压损失随掺氢比的升高而升高,NOx排放体积分数小幅升高,CO排放体积分数减少;当掺氢比大于30%时,燃烧室发生回火,喷嘴和火焰筒肩部回流区温度、总压损失、NOx排放体积分数大幅升高,CO排放基本为零。在其他工况下,负荷变化对燃烧室边界条件影响较为复杂,对喷嘴回火边界影响无单调性变化规律。     

微细通道内氢气辅助甲烷催化氧化的数值模拟

对微圆管内低浓度氢气、甲烷混合气在铂表面的催化氧化进行了数值模拟,重点研究了添加氢气对甲烷反应的影响机理.结果表明,氧气占据空位活性中心抑制了甲烷的吸附,导致较高的催化着火温度;氢气的掺入可以降低甲烷氧化反应的起始温度和着火温度;在铂催化剂表面,甲烷的催化氧化发生在氢气的燃烧过程中,氢气在燃烧过程中消耗氧气,为甲烷的反应提供必需的空位活性中心(Pt(s));甲烷的着火主要受其自身的激发,甲烷着火以前,壁面活性中心几乎全被氧占据,而甲烷着火以后,O(s)和Pt(s)同为主要壁面组分.