流化床膜反应器甘油强化重整的数值模拟

为实现生物柴油副产物甘油在制氢行业的发展,以流化床甘油重整制氢为研究对象,基于双流体模型和颗粒动力学理论,结合甘油重整反应动力学模型,并嵌入二氧化碳吸附动力学模型和氢气膜分离模型来描述两种强化重整方法的作用. 对流化床反应器生物甘油强化重整制氢过程开展了数值模拟,对反应器内颗粒浓度、组分浓度、温度进行预测,探究重整过程中气固两相流动与反应特性,分析氢气膜分离和二氧化碳吸附两种强化重整方法的相互作用规律,评价操作参数对重整性能的影响. 结果表明:二氧化碳吸附可以抑制浓度极化阻力,提高氢气渗透速率;吸附剂与催化剂比例为1∶1时,与没有吸附剂相比,氢气相对产量提高了5%;氢气分离膜厚的减少会进一步提高二氧化碳吸附速率,当膜厚从300 μm减少到30 μm时,吸附速率提高1.4%;催化-吸附双功能颗粒的使用可以加强二氧化碳的吸附水平,同时促进氢气分离过程,相较于无吸附强化,氢气渗透量提高了近20%.     

圆台形二甲醚水蒸气重整制氢反应器设计与优化

设计了一种圆台形二甲醚水蒸气重整制氢反应器,并建立了二甲醚水蒸气重整制氢反应系统数值模型,利用COMSOL软件对建立的数值模型进行求解,仿真和实验的数值结果基本一致.通过对重整反应器的结构进行优化,获得更高的二甲醚转化率,研究圆台锥度变化对重整反应的影响,分析反应条件对二甲醚转化和制氢的影响.结果表明,在一定范围内增加锥度时,可以获得较高的产氢率和热效率.通过结构优化,二甲醚水蒸气重整反应系统可获得92.21%的二甲醚转化率,90.54%的产氢率,热效率最高可达74.6%.     

甲烷蒸汽重整制氢过程的数值模拟

应用过程模拟软件Aspen Plus,选择合适的单元操作模型和热力学方法,实现了对甲烷蒸汽重整制氢系统的模拟。研究了反应器中水碳比、操作温度、操作压力对氢气产率的影响规律。模拟结果表明,氢气产率随水碳比的增大而提高;压力较低时,随着操作温度的升高,重整反应器(R1)氢气产率增长趋势越来越快,压力较高时,操作温度变化对氢气转化率的影响相对较小。温度较低时,R1氢气产率与操作压力的关系曲线呈指数函数形式,温度超过一定值,呈二次函数形式。所得模拟结果符合甲烷重整反应及变换反应的反应规律,可为甲烷重整制氢的生产和节能提供理论依据。     

载体酸碱性对镍基催化剂催化甘油水蒸汽重整制氢影响

采用等体积浸渍法制备了以Al2O3,SiO2,ZnO,MgO,白云石(CaMg[CO3]2)等具有不同酸碱性质氧化物作为载体的负载型镍基催化剂.在固定床反应装置中考察了上述催化剂的甘油水蒸汽重整制氢的催化性能.结果表明:在常压、反应温度350～500℃条件下,载体酸碱性对镍基催化剂甘油水蒸汽重整制氢的催化性能影响很大.相比负载于酸性氧化物载体的镍基催化剂(Ni/Al2O3,Ni/SiO2),负载于碱性氧化物载体的镍基催化剂(Ni/白云石,Ni/MgO)能够获得更高的甘油转化率以及氢气选择性,在450℃时甘油转化率与氢气选择性可分别达到100％和84％.这表明以碱性氧化物作为负载镍催化剂载体时,镍基催化剂对甘油水蒸汽催化重整制氢反应有较好的催化性能.     

Au-NiO/TiO2催化剂上甲醇自热重整和水蒸汽重整制氢的比较研究

研究了共沉淀法制备Au—NiO／TiO2甲醇制氢催化剂,考察了甲醇自热重整和水蒸汽重整制氢反应条件如反应温度、氧（或水）醇比等对甲醇转化率、氢气产率和二氧化碳选择性的影响。研究结果表明：对于甲醇自热重整反应,当温度为200℃,进料空速（WHSV）为3．42h^-1,n（O2）：n（CH3OH）=0．30时,催化剂活性最好;对于甲醇水蒸汽重整反应,最佳反应条件为：反应温度275℃,n（H2O）：n（CH3OH）=1．0,液体进料空速为3．42h。     

基于热力学的生物油重整制氢低CO工艺优化

针对燃料电池氢源低CO含量的应用需求,对生物油水蒸气重整制氢工艺进行了热力学分析,并利用响应面法优化得到了高氢低CO工艺条件。在温度300～1 500 K、压力0.1～0.7 MPa和水碳比1.0～7.0条件下,对生物油水蒸气重整制氢进行了热力学分析,发现高温、低压、高水碳比有利于产氢,低温、较高压力和高水碳比会抑制CO生成;确定反应温度、压力和水碳比为分析变量,以高氢产率和低CO干基摩尔浓度为优化目标,利用响应面法进行预测分析,得到了适合燃料电池应用的生物油水蒸气重整制氢低CO工艺条件。结果表明,预测的优化结果与相近反应条件下的实验对比结果接近;比较响应面预测优化结果的氢产率和CO干基摩尔浓度与Aspen Plus热力学模拟结果的相应值,参数误差均小于5%。生物油水蒸气重整制氢具有高氢低CO效果的热力学最优条件：温度为814.98 K,压力为0.10 MPa,水碳比为6.00,在此条件下,氢产率为88.74%,CO干基摩尔浓度为3.07%。     

NiO对Au/TiO2催化甲醇水蒸汽重整制氢性能的影响

采用沉积沉淀方法制备了一系列Au—NiO／TiO2催化剂,考察了助剂NiO的加入量、焙烧温度对催化活性的影响。研究表明：助剂NiO的加入可以明显提高Au—NiO／TiO2催化甲醇水蒸汽重整制氢的活性;Au与NiO的配比存在最佳值,当Au负载量（质量分数）为2％,Au与NiO的质量比为1：5时,催化效果最佳;2％Au-10％NiO／TiO2催化剂的催化活性随焙烧温度的升高而降低。     

强化甲醇制氢反应的酚醛树脂基炭膜制备

为了强化甲醇制氢反应,分别以酚醛树脂和间苯二酚-甲醛为前驱体,制备了炭膜及复合炭膜.采用扫描电镜和氮气物理吸附等手段对炭膜及复合炭膜的微观形貌与孔径分布进行了分析.考察了原料粒度及固化剂用量对炭膜孔结构以及涂膜次数对复合膜分离性能的影响,并将所制备的炭膜与复合炭膜耦合在反应器内用于强化甲醇水蒸汽重整制氢反应.结果表明,当固化剂质量分数为6%时,炭膜孔径分布最窄,且平均孔径为0.16μm.随涂膜次数从1次增至3次,复合炭膜的透气性先降低后增大.对于甲醇水蒸汽重整制氢反应的转化率而言,炭膜与复合炭膜反应器分别比传统固定床提高了1.6倍和1.9倍.     

Cu3Pt/MgO纳米粒子的制备及甲醛重整制氢性能

以氧化镁(MgO)为载体、H2 PtCl6·6 H2O和CuCl2溶液为催化剂前驱体,通过浸渍还原法制备Cu3 Pt/MgO合金纳米催化剂;采用X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、能量散射X射线(EDX)和电子顺磁共振(EPR)等对催化剂的形貌、晶型和结构进行表征;考察了Cu3...     

Ni／Al2O3催化剂催化乙醇水蒸气重整制氢的研究

为提高用于燃料电池的乙醇水蒸气重整制氢反应催化剂的活性,采用壳聚糖扩孔以Al2O3为载体,Ni为活性中心的催化剂。利用X射线衍射（XRD）、BET比表面测试手段对催化剂的结构进行了表征。考察了反应温度、水醇物质的量的比、液体进料空速等对反应的影响。结果表明,经600℃焙烧2h的催化剂,在水醇物质的量的比为3：1,液体进料空速（WHSV）为4．8h^-1,反应温度500℃时,产气量接近40mL／min,H2选择性达到68％。乙醇水蒸气重整制氢Ni／Al2O3催化剂的最佳反应温度为500～550℃,水醇物质的量的比一般控制在3：1～5：1范围内较好。     

Hydrogen production from partial oxidation of dimethyl ether by plasma-catalyst reforming

Hydrogen was produced from partial oxidation reforming of DME （dimethyl ether） by spark discharge plasma at atmospheric pressure. A plasma-catalyst reformer was designed. A series of experiments were carried out to investigate its performance of hydrogen-rich gas production. The effects of reaction temperature, catalyst and flow rate on gas concentrations （volume fraction）, hydrogen yield, DME conversion ratio, specific energy consumption and thermal efficiency were investigated, respectively. The experimental results show that hydrogen concentration and the flow rate of produced H2 are improved when temperature increases from 300 ℃ to 700 ℃. Hydrogen yield, hydrogen concentration and the flow rate of produced H2 are substantially improved in the use of Fe-based catalyst at high temperature. Moreover, hydrogen yield and thermal efficiency are improved and change slightly when flow rate increases. When catalyst is 12 g, and flow rate increases from 35 mL/min to 210 mL/min, hydrogen yield decreases from 66.4% to 57.7%, and thermal efficiency decreases from 35.6% to 30.9%. It is anticipated that the results would serve as a good guideline to the application of hydrogen generation from hydrocarbon fuels by plasma reforming onboard.     

Experimental assessment of a plasma-catalyst hybrid reformer for hydrogen production via partial oxidation of dimethyl ether

In this work,hydrogen is produced from partial oxidation reforming of dimethyl ether （DME） by a plasma-catalyst hybrid reformer under atmospheric pressure.The plasma-catalyst hybrid reformer which includes both plasma and catalyst reactors is designed.A spark discharge is used as a non-equilibrium plasma source,and it is used to ionize the mixture of DME and air.The performances of the reformer are characterized experimentally in terms of gas concentrations,hydrogen yield,DME conversion ratio,and specific energy consumption.The effects of discharge frequency,reaction temperature,air-to-DME ratio and space velocity are investigated.The experimental results show that the plasma-catalyst hybrid reformer enhances hydrogen yield when reaction temperature drops below 620 ℃.At 450 ℃,hydrogen yield of hybrid reforming is almost three times that of catalyst reforming.When space velocity is 510 h-1,hydrogen yield is 67.7%,and specific energy consumption is 12.2 k J/L-H2.     

CO2捕集技术的研究进展

化石燃料燃烧排放的CO_2是当今温室气体中CO_2污染的主要来源。介绍了CO_2捕集技术中吸附法、吸收法和膜分离法的研究进展,并分析了各种方法的特点,归纳总结了目前新型吸附/吸收剂中金属有机骨架、相变吸收剂、离子液体吸收剂和纳米流体吸收剂的研究成果。降低能耗和成本是今后研究工作的重点。开发新型吸附/吸收剂、优化反应过程和联合使用不同方法是未来CO_2捕集技术的发展方向。     

CO2强化再生骨料的特性及其对再生混凝土性能的影响

CO₂强化不同品质和粒径再生骨料的特性研究尚不系统和完善。在约20% CO₂浓度和自然环境压力条件下,考虑再生粗骨料（RCA）品质和粒径的影响,试验测试了CO₂强化再生骨料（CRCA）的碳化率、CO₂吸收率、碱度、残留CO₂气体含量、吸水率及CO₂强化再生骨料混凝土（CRAC）的抗压强度和抗氯离子渗透性能。结果表明：CO₂强化再生骨料的碳化率和CO₂吸收率随再生骨料水灰比的增加而增加;CO₂强化显著降低了再生骨料的碱度,且CO₂强化再生骨料粒径越小、水灰比越低,其残留CO₂气体含量越高;CO₂强化显著降低了再生骨料的吸水率,明显提升CO₂强化再生骨料混凝土的抗压强度和抗氯离子渗透性能。     

二氧化碳管道运输系统优化模型及其应用

二氧化碳捕集利用与封存(CCUS)作为能够实现煤化工行业温室气体大规模减排的前沿技术,已成为当前研究热点.而管道运输是该技术得以实施的关键环节,高昂运输成本是影响该技术大规模推广的主要因素.因此,通过开发煤化工二氧化碳(CO_2)捕集压缩、管道运输系统优化模型,实现CO_2管道运输系统内关键环节的工艺和技术优化配置,降低捕集压缩、运输及注入整个系统的总成本.将模型初步应用于陕西延长榆林煤化工CCUS项目,结果表明:当封存区域CO_2封存需求量小,而且能够在封存现场提供方便的液化压缩设备时,榆林能化煤化工企业可以采用气相压缩输送方案,并结合封存地点液化加压注入;对于大规模CO_2封存及运输需求时,推荐超临界/密相CO_2输送,能够有效减少封存区再次加压环节的成本,从而使整个流程更为经济.     

混合吸收剂氨法捕碳新工艺再生过程分析

针对氨法脱除CO2再生能耗高问题,提出混合吸收剂氨法捕碳新工艺.新工艺以混合吸收剂强化结晶,以晶体再生代替原富液再生工艺,大大降低再生能耗.采用升温法及恒温热解法,利用热重分析仪对不同工况下晶体产物进行研究.结果表明:在40~80℃时,分解反应活化能可达48.38 k J/mol;分析在60、80、100℃恒温条件下晶体的失重曲线表明,以80℃为恒温再生温度,即可得到较好的再生速率;晶体产物以5 K/min加热时,80℃下晶体即可完全分解,不仅能耗低而且再生速率快,效果远优于碳化液富液再生工艺;由于晶体再生的温度低,以电厂废热作为晶体再生热源,可进一步降低能耗;对于混合吸收剂,不同的溶析剂配比对再生过程影响不大,混合吸收剂组成仅由吸收速率决定;经过对16种经典模型的计算,选出了对本研究晶体产物适合的模式函数.     

Experimental Study on Enhancement of Bubble Absorption of Gaseous CO2 with Nanofluids in Ammonia

纳米颗粒强化氨水鼓泡吸收CO₂实验研究

方立军,刘洪锟,边岩,刘玉东,杨亚利

（华北电力大学（保定） 能源动力与机械工程学院）

研究目的：

探究纳米颗粒对鼓泡塔氨法吸收二氧化碳的强化作用

研究方法：

（1）试剂：氨水,质量分数为25%-28%,天津化工有限公司生产;二氧化碳气体,纯度为99.99%,氮气,99.99%,保定北方特种气体有限公司生产;纳米颗粒（SiO₂、TiO₂、CuO）,由南京埃普瑞纳米材料有限公司提供。

（2）本文纳米流体的制备方法采用的是“两步法”,首先用天平准确称取所需的纳米TiO₂、CuO、SiO₂,量取所需要的蒸馏水,然后通过机械分散20分钟,加入一定量的氨水,继续机械分散10分钟制备为不同质量分数的纳米流体,纳米流体的分散稳定性良好。

（3）实验系统：纳米颗粒强化氨水鼓泡吸收CO₂实验系统如图所示,主要包括鼓泡吸收塔、烟气配送系统、尾气测量处理系统。

实验步骤：

（1）实验前先计算出配制纳米流体所需的纳米颗粒、氨水、蒸馏水的量,用电子秤称出纳米颗粒的质量,将其加入到蒸馏水中,机械搅拌20min,加入一定量的氨水,继续机械分散10分钟制备为不同质量分数的纳米流体;

（2）打开分析仪预热30min,开通N2对整个系统进行吹扫,待CO2烟气分析仪示数降为0时。按照比例将氮气与二氧化碳充入混合瓶,混合均匀后通入分析仪,待示数达到预设值且稳定;

（3）将配制好的纳米流体加入到反应塔内,开始计数,每5s计数一次,待示数不再降低,停止计数。

为减少偶然误差带来的影响,每组实验均进行5次,然后取其平均值。为减少氨水浓度对本实验的影响,每次实验都要测量配制好的溶液的pH值,保证初始溶液具有相同pH值。

结果：

（1）纳米颗粒种类和固含量对增强因子的影响

对氨水质量分数为1%,CuO、TiO₂、SiO₂颗粒添加量分别为1g/L、2g/L、3g/L、4g/L、5g/L的纳米流体进行鼓泡吸收实验,增强因子如图所示：

增强因子与纳米颗粒种类的关系

从图中可以看到只有添加TiO₂这一种纳米颗粒时,其增强因子一直大于1;添加SiO₂ 纳米颗粒,只有在1g/L、2g/L时,增强因子略大于1,其他添加量则小于1;添加CuO 纳米颗粒,其增强因子始终在1左右徘徊,没有出现出明显的增强或抑制作用。

（2） 氨水浓度对增强因子的影响

从图中可以看出,不同氨水浓度下,增强因子的变化趋势随固含量的增加先升高后降低。但是,它们的最佳固含量不同,随着氨水浓度的升高,最佳固含量降低。

（3） 纳米颗粒种类对脱除率的影响

从图中可以看出,TiO2纳米流体的吸收率要大于空白溶液,CuO纳米流体的吸收率和空白溶液相同,而SiO2纳米流体的吸收率小于空白溶液。

（4）纳米颗粒添加量对脱除率的影响

从图中可以看出,脱除率随纳米颗粒添加量的增加先增高后降低,且脱除率一直大于空白溶液实验,在纳米颗粒添加量为3.0g/L时脱除率达到最大值。

结论：

（1）纳米颗粒的添加对于部分有化学反应气液传质过程具有强化作用,其强化作用与纳米颗粒和溶剂的性质有关;

（2）对气体溶质具有选择吸附性、增溶剂性的纳米颗粒可对有化学反应的气液传质过程有强化作用。其强化作用随着纳米颗粒添加量的增加先增大后减小,即纳米TiO2的含量对强化氨水捕集CO₂存在一个最佳固含量;

（3）对气体溶质没有吸附性但具有亲溶剂性的纳米颗粒可对有化学反应的气液传质过程有抑制作用。其抑制作用随着纳米颗粒添加量的增加而逐渐增强;

（4）纳米颗粒强化有化学反应的气液传质过程的机理可总结为,纳米颗粒在布朗运动的作用下会使吸收工质内部形成微对流,从而使分子扩散系数增大。纳米颗粒对气体溶质的吸附性,使传质边界层内气相溶质浓度降低,传质边界层内的浓度梯度增大,传质推动力增加,气体吸收得到强化。

关键词：纳米颗粒;鼓泡塔吸收;氨水;CO₂捕集;强化吸收

     

系列水滑石化合物催化KBH_4水解析氢的活性研究

采用共沉淀法、强碱水热法及尿素水热法合成Ni/Al、Mg/Al、Zn/Al、Ni/Fe、Zn/Fe、Zn/Cr、Co/Fe等七个系列水滑石类化合物并将其用于催化KBH4水解析氢,催化析氢结果表明:Ni/Al组分活性最高,从合成方法的角度看:尿素水热法强碱水热法共沉淀法.     

Comparative analysis of hydrogen-producing bacteria and its immobilized cells for characteristics of hydrogen production

0　INTRODUCTIONConcerningglobalenvironmentalimpacts ,suchasthegreenhouseeffectandresourcerecovery ,theprospectsofusinghydrogenasanalternativeandsustainableenergysourcehavecontributedtoanintensivestudyofbiohydro genproductionfromrenewablebiomass .ManystudiesonbiohydrogengenerationhavebeenreviewedbyNandietal[1] andbyBenemann[2 ] .Thefermentativehydrogenpro ductionhasalwaysbeenconfrontedwiththeproblemoflowrateofhydrogenproductioncomparedwithothertech niquesforproducinghydrogen .Thismaybesol…