化学链重整直接制氢技术进展

化学链重整直接制氢技术使用固态金属氧化物作为氧载体代替传统重整过程中所需的水蒸气或纯氧,将燃料直接转化为高纯度的合成气或者二氧化碳和水,被还原的金属氧化物则可以与水蒸气再生并直接产生氢气,实现了氢气的近零能耗原位分离,是一种绿色高效的新型制氢过程。根据产物和供热方式的不同,可以将化学链重整直接制氢工艺分为双床系统和三床系统两类,并对各系统中氧载体与反应器的设计与选择进行了分析。通过Elingham图对不同氧载体的氧化还原能力进行比较,选取适于直接制氢的金属氧化物,并讨论了氧载体材料研发的最新进展。化学链制氢反应器设计应根据不同原料和产品的特点,选择合适的气-固接触方式,以强化化学链重整直接制氢效率。     

固体燃料化学链燃烧技术的研究进展

介绍了化学链燃烧技术(chemical-looping combustion,CLC)的基本概念及其特点;分析了固体燃料CLC的反应机理;总结了固体燃料CLC中氧载体的研究进展;探讨了几种不同的固体燃料CLC的反应器装置,指出串行流化床反应器是将来着重研究的装置;介绍了化学链制氢技术(chemical looping hydrogen,CLH)、化学链重整技术(chemical-looping reforming,CLR)和非耦合氧化学链燃烧技术(chemical-looping with oxygen uncoupling,CLOU)三种CLC技术的拓展,指出了固体燃料CLC中存在的问题及进一步研究的方向.     

化学链燃烧方式中氧载体的研究进展

化学链燃烧是一种新型的燃烧技术，氧载体的性能对它的发展非常重要。系统总结了以不同的金属氧化物和惰性载体作为原料，通过二者不同的混合比例，不同的制备工艺制备的氧载体的性能，包括化学反应性、载氧能力、物理性能、循环寿命、反应温度范围和抗碳沉积能力等，认为氧载体NiO／NiAl2O4，Fe2O3／Al2O3和CoO—NiO／YSZ综合性能优良，可用于化学链燃烧过程．分析了目前相关研究的薄弱环节，指出了今后有待加强的研究方向．     

化学链重整制合成气过程模拟

基于化学链重整原理,以甲烷为原料,运用Aspen Plus对化学链重整制合成气系统进行了模拟,并研究了燃料反应器温度TF、水甲烷比W/M及NiO甲烷比Ni/M对重整气组成、合成气产率Y、系统效率η影响。结果表明,化学链重整气组成模拟值与实验值吻合较好。提高TF,重整气中CO、H2O含量有升高趋势,H2、CO2含量略微降低;随着W/M增加,重整气中H2、CO2含量升高,CO含量降低,合成气产率Y几乎不变,系统效率η呈现降低趋势;Ni/M增加,重整气中H2、CO含量以及合成气产率Y呈现先升高后降低趋势,效率η下降,且Ni/M=0.8时,合成气产率Y取得最大值。     

Ce1-xNixOy氧载体在化学链甲烷重整耦合CO2还原中的应用

化学链甲烷重整耦合CO₂还原技术既能生产合成气还可以还原CO₂生成CO。采用共沉淀法制备不同Ce/Ni摩尔比的系列Ce_1-xNi_xO_{y（x = 0,0.2,0.4,0.6,0.8,1）氧载体。通过XRD、BET、XPS及CH4-TPR等表征对氧载体的理化性质进行了研究。系统考察了Ce1-xNixOy氧载体在化学链甲烷重整耦合CO2还原反应中的反应性能。与单一金属氧化物NiO和CeO2相比,Ce1-xNixOy复合氧载体在该反应中具有更高的活性和热稳定性。在甲烷部分氧化阶段,Ce0.2Ni0.8Oy和Ce0.4Ni0.6Oy氧载体具有较高的CH4转化率。经历了20次redox循环实验,Ce0.2Ni0.8Oy氧载体的CO2转化率几乎保持不变,表明Ce0.2Ni0.8Oy氧载体具有较高的热稳定性。}     

甘油膜分离-吸附协同强化化学链重整评估

作为生物柴油的副产物,甘油理论氢气产量高,是蒸汽重整的潜在原料。基于化学链技术,结合氢气膜分离和二氧化碳吸附,对甘油化学链重整制氢过程进行热力学模拟研究,分析反应器操作压力和膜渗透侧压力的改变对氢气产量和系统热量需求的影响。结果表明,反应器压力的提高和渗透侧压力的降低可以有效的增强氢气产量,抑制甲烷的生成,系统的反应热对压力的变化并不敏感,而吸附剂甘油比的提高能够提高重整所需的热量,进而实现系统的自热。     

甘油膜分离-吸附协同强化化学链重整评估

作为生物柴油的副产物,甘油理论氢气产量高,是蒸汽重整的潜在原料。基于化学链技术,结合氢气膜分离和二氧化碳吸附,对甘油化学链重整制氢过程进行热力学模拟研究,分析反应器操作压力和膜渗透侧压力的改变对氢气产量和系统热量需求的影响。结果表明,反应器压力的提高和渗透侧压力的降低可以有效的增强氢气产量,抑制甲烷的生成,系统的反应热对压力的变化并不敏感,而吸附剂甘油比的提高能够提高重整所需的热量,进而实现系统的自热。     

甲烷干重整反应中CoxSnyNi7.5-x-yMg92.5O催化剂的抗积炭性能及其动力学

针对甲烷干重整反应中催化剂易积炭的问题,通过甲醇溶剂热方法制备了以Co_xSn_yNi_(7.5-x-y)Mg_(92.5)(OH)(OCH_3)为单一前驱体的Co_xSn_yNi_(7.5-x-y)Mg_(92.5)O系列催化剂,对其进行了抗积炭性能及反应动力学的研究,探讨了Co-Sn双助剂的作用及其抗积炭性能。在800℃的反应条件下进行了催化性能考评,研究发现,Co_(0.075)Sn_xNi_(7.425-x)Mg_(92.5)O系列催化剂可保持高活性、高稳定性长达100 h。动力学研究表明,以Co_xSn_yNi_(7.5-x-y)Mg_(92.5)O为催化剂,CH_4和CO_2重整反应是CH4的1级反应,CO2的0级反应,Co能够降低反应活化能,Sn能够提高反应活化能。Sn可降低甲烷裂解速率和积炭生成速率,Co能够提高催化剂表面炭物种的气化速率。Co和Sn双助剂的引入能够同时大幅度降低可气化积炭和顽固性积炭的含量。因此,Co和Sn双助剂催化剂对于CH_4-CO_2重整反应催化剂的设计和应用具有很大的潜在价值。     

化学链重整制氢NiO-CeO2/γ-Al2O3复合载氧体的性能

采用浸渍法制备了结构型NiO-CeO₂/γ-Al₂O₃复合载氧体,研究了Ni/Ce质量比对化学链重整制氢反应性能的影响。固定床反应器实验表明,随着Ni/Ce质量比的降低,氢气的选择性先升高后降低,比例为3∶1时氢的选择性和氢产物浓度最高。循环实验测试表明,3∶1载氧体在20个循环后仍保持催化活性,积炭量最低。XRD结果表明,加入CeO₂后有固溶体形成,增加了氧空位,在一定程度上减弱了NiO与γ-Al₂O₃之间的相互作用,提高了活性物质的分散度。进一步分析XRD结果发现3∶1载氧体粒径最小,更有利于制氢反应。SEM分析发现,经过20次循环3∶1载氧体颗粒的微观形貌变化相对较小。进一步的固定床实验研究表明较高的反应温度有利于制氢反应,800℃时3∶1载氧体的性能表现最佳;此外3∶1载氧体在较高水碳比下仍能保持较高的产物选择性。     

化学链燃烧在二氧化碳减排中的应用及其研究进展

随着人们对二氧化碳减排的日益重视,化学链燃烧(Chemical Looping Combustion,CLC)技术因为其具有高效、二氧化碳内分离和低NOx等特点,已受到较多关注.介绍了化学链燃烧的基本概念和特点、目前国内外的研究情况以及未来的发展趋势.     

化学链燃烧中载氧体的研究进展

介绍了化学链燃烧的工艺原理和特点,总结载氧体的选材要求及性能,通过分析镍系、铁系、锰系、铜系和新型载氧体的性能,对以后载氧体的发展方向进行了展望。     

化学链燃烧耦合甲烷重整制液体燃料工艺

为探讨能量的高效利用,提出了化学链燃烧耦合甲烷重整制液体燃料工艺,并利用Aspen Plus软件进行工艺模拟。研究了重整单元进料甲烷/二氧化碳/水蒸气的摩尔比(M/C/S)、反应温度(T)以及费托合成气相循环比(R)对CO2转化率、合成气氢碳比、能量效率、费托合成火用损等系统性能指标的影响,并以能量效率最高为目标,对系统参数进行了优化。研究表明,当M/C/S=3/1/2、T=800℃、R=0. 9时,生成的合成气氢碳比为2. 1,系统的总能量效率和液体燃料生产效率最高,分别为57. 0%和50. 0%,系统能源节约率为9. 0%。     

化学链燃烧耦合甲烷重整制液体燃料工艺

为探讨能量的高效利用,提出了化学链燃烧耦合甲烷重整制液体燃料工艺,并利用Aspen Plus软件进行工艺模拟。研究了重整单元进料甲烷/二氧化碳/水蒸气的摩尔比(M/C/S)、反应温度(T)以及费托合成气相循环比(R)对CO2转化率、合成气氢碳比、能量效率、费托合成火用损等系统性能指标的影响,并以能量效率最高为目标,对系统参数进行了优化。研究表明,当M/C/S=3/1/2、T=800℃、R=0. 9时,生成的合成气氢碳比为2. 1,系统的总能量效率和液体燃料生产效率最高,分别为57. 0%和50. 0%,系统能源节约率为9. 0%。     

基于化学链技术制氢的研究进展

利用氢能替代常规化石能源是运输行业应对气候变化和环境污染问题的一个重要突破口。将化学链技术应用于制氢过程不仅可以提高能量转换效率、减少环境污染,还可以在制氢的同时捕捉该过程产生的CO2,具有广阔的发展前景。本文概述了化学链制氢的两种方式的原理及特点,总结了不同过程在载氧体的筛选、反应器的形式以及系统模拟方面的研究现状。指出高效载氧体的筛选和制备是各个过程成功运行的关键。化学链水蒸气重整制氢[CLR(s)]过程需要考虑管束的磨损问题,而自热化学链重整制氢[CLR(a)]过程需要注意过程中的反应热量平衡。廉价载氧体的筛选、固体燃料的化学链制氢及其系统开发是化学链制氢(CLH)过程未来研究方向。     

固体燃料化学链燃烧技术的研究进展

化学链燃烧(CLC)能够实现CO2的内分离,同时能提高燃烧效率、减少环境污染。固体燃料储量丰富,研究固体燃料的化学链燃烧将有利于实现固体燃料的高效、经济、清洁利用,具有广阔的应用前景。介绍了固体燃料化学链燃烧的实现途径和技术路线,总结了反应器设计及载氧体的最新研究进展,并指出实现固体燃料化学链燃烧所面临的技术难题。最后,指出高温高压条件下的固体燃料化学链燃烧是未来研究的重要趋势。     

化学链燃烧技术的研究进展

化学链燃烧（Chemical-Looping Combustion 简称CLC)是一种新型的燃烧方式,具有高效、内分离CO2、低NOx 等特点,本文阐述了CLC的基本技术原理,并从氧载体的筛选与制备、化学链燃烧反应器的发展、化学链燃烧系统分析与数值模拟、化学链燃烧与其他技术的耦合、化学链燃烧技术的拓展等方面对当前化学链技术的发展现状和存在不足进行了总结分析,指出了化学发展的5个重点方向。     

应用不同机器学习算法预测化学链中氧载体性能

低成本和高性能的氧载体材料筛选是化学链技术未来商业应用的关键。超过1000种材料被作为氧载体在化学链条件下进行测试。其中,矿石和工业副产品作为氧载体最近引起关注,其成本低、供应方便,特别是与固体燃料具有充分的反应性。然而,这些材料具有高度可变的成分,影响其在化学链中的性能,采用试验方法逐个测试成本巨大。运用新兴的机器学习算法,以天然锰矿为对象,将已有的试验数据作为训练集,预测含锰矿物在化学链反应中的性能,并对比支持向量机和人工神经网络2种算法在预测过程中的表现。结果显示,这2种算法对训练集内的数据均有较好准确性,但对新输入值预测的准确性、鲁棒性方面存在差异。支持向量机可以避免神经网络在小样本训练集下存在的过度拟合现象。灵敏度分析表明氧载体锰含量变化对反应特性的影响较大,而比表面积的影响较小。     

化学链制氢技术研究进展

化学链制氢是一种新型的制氢方式,具有高效、产品纯度高且分离简单、内分离 CO₂、低 NO_x等特点,具有广阔的发展前景。阐述了化学链制氢的基本技术原理,并从载氧体的筛选与制备、化学链制氢反应器的发展、化学链制氢原料的选择等方面对当前化学链制氢技术的发展现状和存在不足进行了总结分析,指出了化学链制氢发展的 3个重点方向:筛选制备性能优异的载氧体、设计优化反应器、固体燃料化学链制氢及其系统开发。