High‐performance HTLcs‐derived CuZnAl catalysts for hydrogen production via methanol steam reforming

A series of CuZnAl oxide‐composite catalysts were prepared via decomposition of CuZnAl hydrotalcite‐like compounds (HTLcs). The catalysts derived from CuZnAl HTLcs (Cu: 37%, Zn: 15%, Al: 48% mol; using metal nitrate or acetate precursors) at 600°C provided excellent activity and stability for the methanol steam reforming. CuZnAl HTLcs were almost decomposed completely at 600°C to form highly dispersed CuO with large specific surface area while forming CuAl₂O₄ spinel that played a key role in separating and stabilizing the nano‐sized Cu and ZnO during the reaction. The CuZnAl catalyst prepared from metal acetates could highly convert H₂O/MeOH (1.3/1, mol/mol) mixture into hydrogen with only ～0.05% CO at 250°C or ～0.005% at 210°C. It is evidenced that the former afforded stronger Cu‐ZnO interaction, which might be the intrinsic reason for the significant promotion of catalyst selectivity. © 2009 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 2009     

Z型甲烷蒸汽转化催化剂用于补碳制合成甲醇合成气的研究

选择工业应用效果较好的CNYQ、Z-2和Z-3型催化剂，并补加CO₂,对在其上的甲烷水蒸汽转化制合成气催化反应过程进行了测试研究。结果表明，在适当补加CO₂、反应温度600～850 ℃下，制得的合成气适合于甲醇合成。Z型催化剂用于CH₄-H₂O-CO₂转化制合成甲醇合成气，在当前情况下可满足某些合成甲醇厂的需要。     

操作参数对余热回收甲醇水蒸气重整制氢过程的影响

以模拟汽车尾气供热的甲醇水蒸气重整（MSR）制氢反应为研究对象,设计了集余热加热与MSR制氢反应于一体的肋式微反应器,考察了反应器进口热风速度、温度,反应物进口速度、温度、水醇比及顺逆流情况对MSR制氢过程的影响。计算结果表明,逆流、水醇比1.3、热风进口速度1.1 m/s、温度773 K、反应物进口速度0.1 m/s、温度493 K为该反应过程的最佳工况参数,此时甲醇转化率为99.4%,模拟汽车尾气余热的热效率为28%,反应器出口氢气的体积分数为69.6%。研究结果对开展余热综合利用及发动机尾气重整制氢掺氢燃烧的研究有借鉴意义。     

用于甲醇重整制氢的铜基催化剂研究进展

近年来,随着能源需求与日俱增,化石燃料的燃烧造成的温室效应使得地球气候变得更加恶劣,如何有效实现碳减排成为各国科学家的研究重点。将二氧化碳转化为绿色液体燃料(如甲醇)是一个重要方向。通过甲醇合成(MS)实现碳捕获,再在需要能量时进行甲醇水蒸气重整(MSR)制备氢气,实现二氧化碳的闭路循环和氢能的储存,因此MSR反应具有很高的研究价值。在众多应用于甲醇水蒸气重整的催化剂中,Cu基催化剂因其价格低廉和高活性等优点受到广泛关注。综述了Cu基催化剂在甲醇水蒸气重整中的研究进展,包括机理探索,催化剂优化及未来的发展方向,提出铜基催化剂中铜的高分散、价态调控和复合氧化物与铜的协同是性能优化的关键。     

Carbon dioxide reforming of methane in kilohertz spark‐discharge plasma at atmospheric pressure

The spark‐discharge plasma, generated between tubular and rotary‐disc electrodes using a sine‐wave high voltage with 5 kHz frequency, was explored for CO₂ reforming of CH₄. Based upon the investigation on the effects of specific energy input and CO₂/CH₄ ratio, the energy costs (EC) and fuel‐production efficiencies (η) at various CO₂/CH₄ ratios (r) in the same conversion range were compared and accordingly their sequences were given: EC (r = 0.5) and EC (r = 3) are the lowest; η(r = 0.5) is the highest. Compared with other nonthermal discharge techniques, the kilohertz spark discharge exhibits low EC and high fuel‐production efficiency, especially at high total‐carbon conversions. Preliminary investigation on partial oxidation and CO₂ mixed reforming at (O₂ + CO₂)/CH₄ = 0.5 exhibited high H₂/CO ratio (nearly 2) and low total‐carbon EC (0.59–0.96 MJ/mol, 58–77% of total‐carbon conversion, and O₂/(CO₂ + O₂) = 0.8). © 2010 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 2011     

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.     

Pd/ZnO催化剂上甲醇水蒸气重整制氢

研究了并流共沉淀法制备的Pd/ZnO催化剂上的甲醇水蒸气重整制氢反应.考察了钯含量、还原温度、反应温度、重时空速（WHSV）和水-甲醇摩尔比（水醇比）对反应的影响.研究结果表明,当钯质量分数为15.9%,反应温度为523～573 K,还原温度为523～573 K,水醇比为1.0～1.2,WHSV=17.2 h^-1时,反应具有较好的CH3OH转化率、CO₂选择性、H₂产率及较低的出口CO摩尔分数.与铜基催化剂相比,Pd/ZnO催化剂表现出较好的稳定性.     

仿蜂巢微通道分叉结构的甲醇重整制氢

针对甲醇蒸汽的微通道重整催化反应过程,建立了三维稳态多组分传输反应模型;利用数值模拟分析,分别研究了平行阵列微通道和仿蜂巢分叉微通道在Zn_Cr/CeO₂/ZrO₂催化剂下的反应情况。通过双速率模型考察这两种流道中操作条件对甲醇蒸汽重整制氢输运规律的影响,发现这两种微通道反应器均可促进甲醇转化率和氢气产率的提高。与常规平行微通道的比较发现,仿蜂巢分叉微通道内反应气流动所需的泵功较小;在相同的加热面积下所能吸收的热量更大,而且更有利于反应器内温度的均匀分布,从而提高甲醇的转化率、减小出口CO的含量。研究结果表明,仿蜂巢分叉微通道结构具有较好的重整制氢综合性能,并可改善氢气产出的品质。     

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。     

浆态床中二氧化碳加氢合成甲醇

研究了浆态床中自行开发的LP201甲醇合成催化剂上二氧化碳加氢合成甲醇的过程。探讨了不同操作条件,如温度、压力、气体空速、原料气配比等对反应的影响;考察了该催化剂在浆态床二氧化碳加氢合成甲醇过程中的稳定性。实验结果表明,浆态床二氧化碳加氢合成甲醇过程中主要产物为甲醇、CO和水;随温度的增加,CO2的转化率和甲醇产率呈现上升的趋势,但甲醇的选择性明显下降;压力的升高有利于CO2的转化率、甲醇产率以及甲醇的选择性提高;原料气空速的提高会增大甲醇产率,但同时降低CO2的转化率以及甲醇的选择性;CO2的转化率、甲醇收率以及甲醇的选择性在氢碳摩尔比4～5获得极大值。LP201催化剂的寿命考察结果表明,该催化剂具有较好的催化活性和稳定性。     

Simulation of autothermal reforming in a staged‐separation membrane reactor for pure hydrogen production

Steam methane reforming with oxygen input is simulated in staged‐separation membrane reactors. The configuration retains the advantage of regular membrane reactors for achieving super‐equilibrium conversion, but reaction and membrane separation are carried out in two separate units. Equilibrium is assumed in the models given the excess of catalyst. The optimal pure hydrogen yield is obtained with 55% of the total membrane area allocated to the first of two modules. The performance of the process with pure oxygen input is only marginally better than with air. Oxygen must be added in split mode to reach autothermal operation for both reformer modules, and the oxygen input to each module depends on the process conditions. The effects of temperature, steam‐to‐carbon ratio and pressure of the reformer and the area of the membrane modules are investigated for various conditions. Compared with a traditional reformer with an ex situ membrane purifier downstream, the staged reactor is capable of much better pure hydrogen yield for the same autothermal reforming operating conditions.     

生物油-甲醇催化转化制氢

以生物油-甲醇为原料,在微型固定反应装置上考察实验室合成镍基催化剂重整制氢的催化效率.对反应前后的催化剂进行XRD、BET和SEM表征分析,并对冷凝液做GC - MS分析.研究发现,实验室自制的NiCeMg/olivine催化剂具有较好的催化活性和一定的抗积炭性能.在选择的最佳反应条件下,氢气产率和碳转化率分别为38....     

甲醇产业与低碳经济关系的思考

介绍了低碳经济的发展状况及其提出背景;分析了甲醇产业与低碳经济之间的关系,并对低碳经济的发展提出了展望和建议。     

Methanol reforming for fuel-cell applications: development of zirconia-containing Cu–Zn–Al catalysts

The steam reforming of methanol to form mixtures of carbon dioxide and hydrogen, together with traces of carbon monoxide, is considered to be a potential source of hydrogen as the fuel for a fuel-cell to be used in mobile power sources. After outlining some of the constraints inherent in the use of the reaction and the types of catalysts which have been used by other investigators, this paper presents results on the preparation and testing of a series of copper-containing catalysts for this reaction. It is shown that the reaction sequence probably involves the formation of methyl formate which then decomposes to give CO₂ as the primary product; CO is formed by the reverse water–gas shift reaction and this only occurs to an appreciable extent when the methanol is almost completely converted. A number of different copper-containing catalysts are then described and it is shown that of these sequentially precipitated Cu/ZnO/ZrO₂/Al₂O₃ materials have the highest activities and stabilities for the steam reforming reaction.     

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。     

甲醇制氢的燃料电池技术及应用

以质子交换膜燃料电池为例 ,介绍了甲醇蒸汽重整、甲醇分解以及甲醇部分氧化重整制氢为燃料电池提供燃料的催化反应机理、反应条件、催化剂性能等 ,并提出了甲醇制氢的质子交换膜燃料电池的优越性及应用前景。     

碱性催化剂作用下CO_2与甲醇直接合成碳酸二甲酯的探索性研究

选用 K2 CO3和 CH3I为催化剂 ,在高压机械搅拌反应釜中探索了 CO2 和甲醇直接合成 DMC。研究了所用两种催化剂的适宜配比及适宜的反应时间 ,并在反应温度 6 0～ 1 2 0℃和反应压力 4.5～ 8.0 MPa范围内研究了其对液相出口中 DMC含量的影响     

热解油模型化合物甲醇的蒸汽转化制氢研究

研究了Ce促进的Ni基镁橄榄石催化剂上热解油模型化合物甲醇的水蒸汽转化制氢反应过程，得到活性和稳定性较好的催化剂。浸渍法制备了添加Ce的Ni基镁橄榄石催化剂，Ce的添加改善了催化剂的活性和稳定性。催化剂活性受镍铈原子比的影响，选择合适的镍铈原子比可以得到性能较好的催化剂。在750 ℃、水与甲醇物质的量比为1.5和气体体积空速11 200 h^－1条件下，6%Ni－3%Ce/Olivine催化剂有最好的催化效果，此条件下，甲醇转化率达到85.72%，氢气收率为55.31％。     

加快生物质废弃物吸附增强制可再生氢气

作为全球性的优质能源载体,氢的主要生产方式包括碳氢化合物（例如天然气、煤炭和生物质）的热化学过程以及使用电力来源与可再生能源（如风能或太阳能等）的水电解过程。目前的水电解技术在大规模制氢方面经济竞争力亟待提升。本文指出：为了在2060年实现碳中和,迫切需要开发绿氢制备新技术,大力发展可再生制氢和低碳制氢。具有碳捕集、利用和封存的碳氢化合物低碳制氢（蓝色）技术将占重要地位,随后逐步转向可再生制氢（绿色）,并有望全面实现零碳制氢,进而对长期低碳化社会的发展至关重要。文章提出我国生物质资源非常丰富,但生物质废弃物制氢的技术成熟度仍然较低,迫切需要开发从生物质中高效生产可再生氢气的新技术,以显著提高氢气产量并降低成本;吸附增强反应代表了一种可用于可持续生产氢的有前景的新技术;氢气的产率和纯度可以通过过程强化得到显著提高,制氢过程的强化可以在多功能反应器中实现,其中重整和/或气化、水煤气变换和CO₂移除步骤可将重整/水煤气变换反应催化剂和CO₂捕集剂混合而集成到一个反应器中。最后指出：由于该过程潜力巨大,因此应助推耦合气化和吸附增强反应过程从生物质废弃物中生产可再生氢气的工艺过程,以加快推进碳中和进程。