电催化析氢反应催化材料的研究进展

氢能源作为21世纪的理想新能源,备受社会各界的关注。制取氢气的方法主要有3个大方向:化石能源制备氢气、生物能制备氢气、电解水制备氢气。电解水产生氢气更高效、安全和低成本,且电解水制氢是最环保、产物纯度最高的制备方式。目前,贵金属铂是电催化析氢反应中催化性能最好的催化材料,但昂贵的价格及在自然界中的低储量限制了其大规模的应用。近年来,人们对析氢催化材料进行了大量的研究与优化,以期开发出高效且低价的析氢反应(HER)中的催化材料。本文综述了HER中的析氢催化材料的研究进展,并对其未来的发展进行了展望。     

集中式提纯器的设置与具有中间等级氢气网络的优化

氢气系统的集成与优化对于炼厂合理配置氢气资源和降低生产成本具有重要意义。针对具有中间等级氢气分配网络系统,本文提出了先确定中间等级状态再设置集中式提纯器的氢气网络分步优化模型,分析了在具有中间等级氢气网络中优化设置集中式提纯器的策略,并通过实例阐明了本文所提出方法的有效性。研究表明:对于具有中间等级的氢气网络系统,集中式提纯器应设置在氢源与中间等级之间,本文所提出的优化方法不仅使氢气网络结构具有可扩充性,而且可降低氢气公用工程的用量,减少炼厂的用氢费用。     

炼厂氢气管网建模与优化分析

氢气管网是炼厂连接供氢单元、用氢单元的重要桥梁。企业依靠局部单点信息对氢气管网进行监管,对管道内部流动变化状态处于“黑箱”认识水平。在整理流速模型、压降模型、管线积液识别模型、节点氢气流向判断模型等基础上,设计程序计算框图,开发氢气管网数学模型。以氢管网数学模型为基础,可以进行炼厂氢气管线运行状态监测、关键信息报警及生产调度优化等研究,为技术管理人员优化决策提供理论指导。     

浅谈液相催化加氢反应器的搅拌和换热

介绍了液相催化加氢反应器最重要的2点设计:搅拌器和换热。分析了各种搅拌器的特点、性能,并进行了互相对比,特别是对自吸式搅拌器结构特点、工作原理、性能做了详细介绍,认为自吸式搅拌器是所有搅拌器中气液传质效果最好的搅拌器,它的应用提高了加氢反应速率和氢气的利用率;对加氢反应器的换热盘管或夹套与传热板进行了比较,传热板的应用提高了传热效果,认为自吸式搅拌和高效率的传热板应用于液相催化加氢反应中是一种最新型的液相催化加氢反应器。     

次氯酸钠发生装置氢气分离系统除氢性能的试验研究

基于重力式氢气分离系统体积大、制造成本高,本试验采用旋流分离器+缓冲罐的方式作为次氯酸钠发生装置的氢气分离系统,通过试验测量了其除氢性能,并得出了影响氢气分离系统除氢性能的主要因素,为分离系统的高效稳定运行和优化设计提供了数据基础。     

非能动氢复合器质量改进与提高

为了提高产品质量,在非能动氢复合器供货项目中,利用PDCA循环,针对设备研制生产过程中积累的经验和用户在操作维护过程中提出的意见,项目组提出了质量改进技术方案和措施,并在设备设计与制造生产过程中实施了质量改进措施。通过质量改进,设备的质量以及操作维护性能都得到了很大的提升,并保证了华龙一号首堆的交货进度。     

有机氢化物自热供氢反应器模拟

采用幂函数型动力学模型,对十氢萘气相脱氢实验数据进行非线性最小二乘拟合,得到关于十氢萘反应级数为0.585,活化能为59.012 k J/mol的动力学方程。对同心套管式反应器中十氢萘气相脱氢和氢气催化燃烧的耦合反应进行了理论研究,分析并排除了脱氢反应催化剂颗粒内及气固相间传质及传热阻力影响,建立了一维拟均相稳态反应器模型,考察了进料空气氢气比例、脱氢侧和烧氢侧进口流量、并逆流方式对反应器性能的影响。最终设计出1.7 L的反应器单元,反应器理论产氢速率达7.69 mmol/s,可满足1 k W的燃料电池发电供氢需求。     

双沉积-沉淀法制备的复合载体催化剂在乙炔氢氯化反应中的应用

采用双沉积-沉淀法制备了一种复合载体催化剂,并对其在乙炔氢氯化反应中的催化性能进行了研究.催化剂的制备过程包括2个步骤:首先将纳米级二氧化铈沉积在活性炭上得到复合载体,然后将金属活性组分沉积在复合载体上得到催化剂.重点考察了二氧化铈固载量以及金铜比例对乙炔氢氯化反应催化活性的影响.试验结果表明:该复合载体催化剂具有成本...     

富氧条件下氢气选择性催化还原NOx催化剂研究进展

着重介绍了NOx脱除技术中的选择性催化还原技术,分析了以不同还原剂(NH3、H2、CO、HC)选择性催化还原NOx技术的优缺点,认为H2-SCR脱硝技术具有较高的研究价值和实际的应用前景。从催化剂的活性组分、助剂及载体的角度分析了不同催化剂在氢气选择性催化还原脱硝技术中的应用及其所达到的效果,得出负载贵金属Pt与Pd、添加酸性助剂以及采用复合载体的催化剂性能更佳,并对今后氢气选择性催化还原脱硝技术的研究方向进行展望。     

氢气催化燃烧研究进展

氢气作为最理想和最有效的能源载体之一,被广泛地应用于各个行业。但是氢气的不完全燃烧和排放问题会造成一定的安全隐患,因此引入了氢气催化燃烧概念。氢气催化燃烧主要涉及催化剂和燃烧器两个方面。催化剂多使用Pt基、Pd基催化剂,它们对氢的吸附性能较强,H-H键容易断裂。载体材料可以改变催化特性。金属钛作载体可以抗高温,铈锆氧化物可以提供氧空位降低点燃温度;分子筛做载体可以对氢气选择性氧化。氢气催化燃烧器多采用固定床反应器、微通道反应器、整体式反应器等,可用于研究氢气催化燃烧特性及动力学方程;漩涡式、多层式反应器利用传热均匀的特点,可用于家庭烹饪、房屋取暖等。     

微纤包结细粒子结构化微燃烧器的催化燃烧性能

具有三维微米孔道的烧结Ni微纤包结Pt/Al2O3细粒子催化剂复合材料结构化于毫米尺度流道中的微催化燃烧器,可以作为微型吸热反应的热量来源.考察了操作条件及Pt负载量对微燃烧器中氢气/空气催化燃烧性能的影响,并对催化剂进行了表征.结果表明处于爆炸极限内的氢气催化燃烧反应可以在微燃烧器中安全进行,过高Pt负载量会降低催化燃烧性能.在反应温度83℃,体积空速2.0×105 h-1,氢气入口摩尔分数28.5%,负载5%质量分数Pt的条件下,氢气转化率高达92-2%.     

氢氧催化气相耦合反应过程研究

以微尺寸反应器为基础,对氢空催化燃烧反应过程进行分析,探究气相反应和表面催化反应的耦合效果,通过建立微尺寸反应模型对反应过程进行模拟,考察氢空流量、氢体积分数及催化层位置等参数对反应过程和反应效率的影响,并通过仿真分析对爆炸极限内反应可靠性进行验证,研究表明氢气的体积分数、氢空混合气流速、催化层位置均对催化效率及反应速率产生影响,通过探究上述因素的影响规律可为氢氧催化反应应用提供技术参考。     

氢气选择性催化还原氮氧化物催化剂的研究进展

综述了H_2-SCR的反应机理以及近年来国内外氢气选择性催化还原氮氧化物催化剂的研究进展。重点介绍了Langmuir-Hinshelwood和双功能两种反应机理。机理不同,其中间产物也不相同。对不同负载金属(如Pt、Pd)对H_2-SCR反应的影响进行了介绍。之后对不同类型载体(传统氧化物、复合氧化物、钙钛矿型氧化物、分子筛、其它类型载体)对H_2-SCR反应催化性能的影响进行了阐述。最后对氢气选择性催化还原氮氧化物的发展方向进行了展望。     

神府长焰煤加氢增黏反应中催化剂及氢传递机理

我国炼焦煤资源短缺且分布不均匀,而低阶煤储量丰富,价格低廉,具有低灰、低硫等特点,但其黏结性几近为零。催化加氢增黏是一种有效提高低阶煤黏结性的方法。本文通过对长焰煤进行催化加氢增黏,对原煤及增黏煤进行元素分析、红外分析、电子顺磁共振分析和反应中氢耗计算研究催化加氢增黏反应中催化剂及氢传递机理。结果表明：长焰煤黏结性显著增强,在炼焦过程中可部分替代炼焦煤使用;加氢增黏可以去除长焰煤中部分含氧官能团及烷基侧链,降低煤分子的交联程度;催化剂主要作用是活化氢气,其次可以促进煤分子解聚并且促进四氢萘到煤的氢传递。当催化剂存在时,催化加氢增黏反应氢传递路径主要是从氢气直接至煤分子,而不是通过供氢溶剂至煤分子。     

固定床轻石脑油催化加氢脱硫研究

在200 mL固定床催化加氢装置上考察了Co-Ni-Mo-W四元复合催化剂在轻石脑油催化加氢的脱硫效果,考察了反应温度,氢气分压、空速、氢油体积比等工艺条件对加氢脱硫反应的影响。实验结果表明：Co-Ni-Mo-W四元复合催化剂具有良好的脱硫脱烯效果,脱硫效率平均为99%,烯烃脱除率可达98.6%。在中低压低温时有效脱除...     

氢气在无催化煤液化中的反应机理

采用平衡液相取样法气体溶解度测定装置测定了氢气在萘中的溶解规律,并采用间歇式微型反应釜研究了氢气在无催化煤液化中的反应机理.结果表明:1)氢气在萘中的溶解随着温度和压力的升高而增加,溶解速率先快后慢,在5min时达到最大溶解量的76.21%左右,直到30min达到平衡;2)在萘溶剂的无催化煤液化反应中,氢气的溶解不是控制步骤,溶解氢参与液化反应的速度才是控制步骤;3)在较短时间的萘溶剂无催化煤液化时,氢气在萘溶剂中的预溶解提高了无催化煤液化的总转化率,其主要原因是部分预溶氢提前活化,使得煤液化反应初期活性氢增加;4)在较长时间的萘溶剂无催化煤液化时,预溶氢对总转化率的提高很小,但促进了液化产物的进一步裂解加氢轻质化.     

催化加氢热解反应催化剂前躯物四硫代钼酸铵的表征

采用热重、差热分析、FT-IR和X-射线衍射分析手段,对催化加氢催化剂MoS2的前躯物(NH4)2MoS4分段热分解和晶体结构等进行了热分解机理研究,还试验了催化热解性能。四硫代钼酸铵的热分解与热处理温度密切相关,350℃以上开始分解为具有催化活性的硫化钼。利用催化剂前躯物浸渍的煤样品,在氢气氛中550℃进行催化加氢热裂解实验,显示出其催化性能。     

团簇Ti4P的催化析氢研究

研究了团簇Ti4P的催化析氢反应活性,使用量子化学方法B3LYP/Lan12dz对初始构型进行优化、频率验证和计算,得到了最终稳定存在的7种优化构型.根据前线轨道理论分析各优化构型的HOMO图和水分子的LUMO图,同时根据二者之间轨道间的能级差判断出团簇Ti4P在进行催化析氢反应时催化活性最优的构型.结果表明:构型2(2)不仅在吸附氢气过程中具有良好的反应活性,而且在析出氢气的过程中具有最好的反应活性,构型2(2)是团簇Ti4P在进行催化析氢反应时反应活性的优选结构模型.     

溶胶修饰陶瓷膜的气体渗透

本文用纯氮气、氢气及氮氢混合气以静态法和流动法分别研究了自研制的复合不对称陶瓷膜的气体渗透性能，并获得了较适宜的涂膜次数及尖透工条件（温度、压差）对膜渗透性能的变化规律。作者对氮氢混俣气流动体系中混合气流速、组成及吹扫气量对渗透性能的影响也进行了详细研究。     

钴钨复合电极在碱性介质中的电催化析氢性能

为提高电极的电催化析氢性能,在钴电沉积中加入钨粉,制得钴钨复合电极,采用阴极极化曲线法、交流阻抗技术和扫描电子显微技术研究了电极在碱性介质中的催化析氢性能。与钴电极相比,钴钨复合电极表面粗糙,具有较大的交换电流密度和较小的析氢反应电阻。结果表明：复合电极的电催化析氢性能优于钴电极。