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。     

二甲醚部分氧化重整制氢的研究

应用自制的二甲醚部分氧化重整制氢的实验及测量系统研究了催化剂、温度、空醚比与流速对反应过程的影响.结果表明,以活性碳为载体的金属Fe催化剂能够提高二甲醚部分氧化反应的反应速率;在常压、温度550～650℃条件下,随温度的升高,二甲醚转化率及氢气产率、甲烷、一氧化碳含量都呈增加趋势;在空醚比0.6～2.5条件下,空醚比的增加能够提高二甲醚转化率,减少甲烷的体积百分含量;随流速的增加二甲醚的转化率和氢气产率同时降低.     

甲烷制备高纯度氢气的实验研究

对甲烷制备可供质子交换膜燃料电池(PEMFC)用的高纯度氢气进行了实验研究，得出了不同蒸汽／碳比值时甲烷的转化率、不同过量空气系数对制备气体成分的影响、不同压差时氢气在选择性膜中的渗透率以及不同系统压力对氢气反应焓的影响规律．研究结果表明，在蒸汽与甲烷中的碳比例一定时，蒸汽重整反应器内的反应速率和它出口处CO的浓度，随甲烷的流量的增加而提高．提高甲烷蒸汽重整系统的工作温度和压力，可以提高甲烷的转化率，在S／C比值不变的情况下，仅提高温度可提高甲烷的转化率约10％；而将工作压力由0．1MPa提高到0．6MPa，甲烷的转化率提高约21％．甲烷的理论转化率为84．6％，本文实验研究中的最大实际转化率为78．03％，实验研究系统的系统完善度为92．23％，说明该系统还有待完善之处，还可以进一步提高甲烷的转化率．增大PEMFC中选择性膜两侧的压差或提高氢气的纯度，均利于提高氢气混合物的渗透率．该研究为制备符合PEMFC使用条件的氢气提供了可靠依据，同时为综合利用煤层气提供了新的途径。     

渣油加氢结焦反应条件的研究

使用高压釜反应器,无催化剂条件下,考察了反应温度(410～440 ℃)、初始氢气压力(3.0～7.0 MPa)及停留时间(20～80 min)对渣油加氢结焦及转化率的影响.当温度、停留时间增加时,渣油转化率与结焦率都增大,而初始氢气压力增加时渣油转化率增大,结焦率变化不大.结果表明,反应温度为430 ℃、初始氢气压力为7.0 MPa和反应时间为20 min是现有渣油加氢工艺的最佳反应条件.     

新型铜锰复合通风瓦斯甲烷氧化催化剂制备与活性研究

为降低低浓度甲烷催化氧化温度,提高催化剂的反应活性,以溶胶-凝胶法合成的具有介孔和三维交联通透型微米级大孔的新型Al2O3为载体,Zr为助剂,采用浸渍法制备得到一种新型Cu-Mn/Zr/Al2O3催化剂.在微型固定床反应器上测试了甲烷催化氧化的转化率,应用XRD和SEM分析了Cu-Mn/Zr/Al2O3催化剂的物相组成和形貌.结果表明:所合成的新型Cu-Mn/Zr/Al2O3催化剂具有良好的低温活性,低浓度甲烷在0.5M Cu-Mn/Al2O3催化剂上的完全转化温度T90为518℃.在一定的实验条件下,甲烷氧化的催化活性随着活性组分浸渍液中金属离子浓度的增大而升高,Cu-Mn浸渍液的最佳浓度为0.5M;随着助剂负载量的增大,CH4的转化率逐渐升高,助剂Zr的最佳负载量为5%.     

草酸二甲酯加氢制乙二醇固定床反应器的数值模拟

通过对草酸二甲酯加氢制乙二醇固定床反应器内的传质、传热及化学反应过程进行分析,建立了反应器的拟均相二维模型,采用Crank-Nicholson隐式差分法进行数值求解。借助Matlab软件编程计算,考察了操作条件对反应过程的影响。模拟结果表明,原料气入口温度越高,温度上升越快,热点温度越高,反应物的转化率和产物的收率也明显增加;氢酯比增大,热点温度下降不多,但反应物的转化率则降低较多;气体流速增加,热点位置向出口移动,反应物转化率降低。     

氯化氢对燃煤烟气中汞形态分布影响的实验研究

建造了小型多功能实验台,并用模拟烟气在该实验台上研究了HCl对煤燃烧后烟气中的氧化态Hg和单质态Hg分布比例的影响.采用Ontario Hydro方法作为样品取样方法,分别对烟气中有无HCl、φ(HCl)大小、φ(O2)大小、反应器出口温度高低以及ρ(Hg)变化对燃煤烟气中Hg形态分布的影响进行了分析.研究表明:在无HCl的烟气体系中,随反应温度的升高Hg的转化率先升高后逐渐降低;在含HCl的烟气体系中,随反应温度的升高汞的转化率随之升高,烟气中φ(HCl)越大,转化率越大,较高的φ(O2)可以促进Hg的氧化,高的反应器出口温度会提高Hg的转化率,ρ(Hg)升高Hg转化率下降.该研究结果对于开发燃煤电厂烟气中Hg的控制技术具有重要的参考作用.     

石油炼厂气与煤共转化制合成气基础研究——丙烷在煤焦及石英砂上裂解实验研究

基于石油炼厂气与煤共转化制合成气,采用小型石英管固定床反应装置,在850～1 000℃时对炼厂气中的丙烷在空床、彬县煤焦以及石英砂上的裂解反应进行了实验研究,结果表明:丙烷裂解产物包括氢气、甲烷、乙烯、碳和微量乙烷,反应温度越高,裂解越完全,生成的氢气和碳越多.850～1 000℃时,丙烷在空床与在彬县焦平衡点和石英砂上裂解转化率及生成产物的量接近,转化率为100%,即丙烷无需催化剂即能完全裂解.丙烷在新鲜彬县煤焦上的裂解更为彻底,但随着焦的催化活性由于裂解生成炭的沉积而逐渐丧失,更容易生成甲烷和乙烯.     

甲烷无机膜催化水蒸汽重整制氢的数学模拟

无机膜反应器不受化学热力学平衡转化率的限制，将其应用于甲烷水蒸汽重整法制氢，可以放宽反应条件，提高转化率。主要针对在无机膜反应器上进行的甲烷－水蒸汽的重整反应进行了理论分析，并就反应参数的变化可能对反应产生的影响进行了数学模拟，考察了Damkohler准数、水碳比、吹扫比和分离因子对甲烷转化率的影响，并对甲烷水蒸汽无机膜反应器的优化操作提出了改进建议。     

NiO/Pr_xZr_(1-x)O_y催化剂的制备及催化性能研究

以碳酸氢铵为沉淀剂,采用共沉淀法制备Pr_xZr_(1-x)O_y系列载体(其中,x=0.1,0.2,0.3,0.4,0.5),再用浸渍法负载镍制备镍基催化剂.分别用XRD,H_2-TPR及TPO表征催化剂的结构和氧化还原性质,在微型固定床反应器上考察了催化剂在甲烷水蒸气重整制氢反应中的活性.结果表明:所制备的催化剂在甲烷水蒸气重整制氢反应中有良好的活性和抗积炭能力,镨锆元素的摩尔比为2∶8时,催化剂的活性是最好的,650℃时甲烷转化率达到94%,氢气的摩尔百分数达到78.4%.     

渐缩微喷管内氢气掺混甲烷预混燃烧实验研究

在出口直径为1.6 mm的石英渐缩喷管中进行预混燃烧实验,研究不同当量比(实际供给的空气量与理论上可完全燃烧需要空气量之比)以及混合比R（甲烷体积与燃料总体积比）下氢气/甲烷/空气在微尺度喷管内稳燃范围、输出推力、壁面温度分布等特性.通过实验发现,混合比越大,对应的稳定流速下限越小,当量比越大,对应的稳定流速下限越大,其中Φ=0.7,稳燃流速范围最大.当Φ=0.6时,壁面最高温度随着R的增大而减小,但是当Φ=0.9时,壁面最高温度几乎没有变化.壁面最高温度出现在Φ=0.7时,为761 ℃.火焰分为2层,内层颜色基本为淡蓝色,表明燃烧中氢气被点燃.当输入功率（由氢气和甲烷的热值与各工况体积流量计算获得）Q=13 W时,Φ=1.0时得到的比冲最大,效率最高.     

甲烷催化裂解制氢气的研究

甲烷制氢有很多种方法,而其中甲烷催化裂解制氢因其耗能少、不产生COx而成为一种较有前景的方法。文章从提高甲烷制氢转化率着手,介绍了操作条件如反应器形式、反应时间、温度、流速等及催化荆活性碳尺寸对反应的影响。另外,介绍了副产品碳的可能应用领域。     

天然气催化燃烧器在烤箱中的应用

在天然气催化燃烧理论基础上进行了一些实践应用.在蜂窝状独石燃烧器和滞止点流动反应器(SPFR)中研究了在稳态条件下甲烷和空气的贫燃料混合物燃烧的污染排放特性.研究表明只有当催化表面温度显著高于普通燃烧的点燃温度时,气相燃料和空气混合物才会被点燃.既然催化反应延伸到了清洁和稳定氧化条件持续的范围,催化反应抑制了气相燃烧是合适的.利用天然气催化燃烧炉作为热源来烘烤食品,同时与普通电烤箱做了一些比较,实验结果为催化燃烧烤箱所烧烤出的食品在嗅觉和味觉上较好.     

基于Cu和Pt基催化剂的乙醇水蒸气重整制氢试验研究

乙醇水蒸气重整制氢的车载应用不但可在线产生富氢气体,解决氢气的储运问题,还可实现混富氢气燃烧,降低排放.为得到较优的重整制氢方案,模拟内燃机尾气温度条件,在燃料重整试验台上实现乙醇的水蒸气催化重整制氢过程.在不同催化剂Cu49Zn21Al18Zr12和Pt/CZO/Al2O3条件下,考察了反应温度、水醇摩尔比和空速对重整气中φ(H2)的影响.研究表明:当反应温度为723～973 K、空速为720 h-1、水醇摩尔比分别为6∶1和4∶1时,二者φ(H2)的平均值分别为47.78%和40.26%.催化剂Pt/CZO/Al2O3重整制氢的产量高于Cu49Zn21Al18Zr12,尤其是在823 K以上的高温区域.但是与Pt/CZO/Al2O3相比,Cu49Zn21Al18Zr12成本低廉,在873 K以上的温度区域,重整气中φ(H2)也相当高.因此,基于Cu49Zn21Al18Zr12催化剂的乙醇水蒸气重整对于车载制氢更加具有可行性.     

制备过程对磷化钨催化剂重整性能的影响

采用程序升温还原的方法制备磷化钨(WP)催化剂,以物质的量比为1∶1的甲烷和二氧化碳的混合气为反应气,对催化剂的重整活性进行评价。考察了用溶胶凝胶法、高温固相法和水热法等不同方法制备催化剂前体对WP催化性能的影响。实验结果表明:溶胶凝胶法和高温固相法所制备的WP催化剂都具有较好的重整活性,甲烷的转化率都可达到88%以上。这3种方法所制备催化剂前体经程序升温还原后都可以得到较纯的WP粉体晶相。     

在有H2S的情况下天然气催化燃烧Ⅲ型炉特性研究

研究了影响催化剂寿命的因素.在常压和温度升到1 150 K范围内的滞止点流动反应器中,在有H2S的情况下,对CH4在镀氧化铝和氧化铈-氧化铝的铂催化剂上的转化率进行实验和模拟.在实验中将浓度为30-100 ppm的H2S气体掺入到N2稀释过的CH4/空气反应物流中后,明显地促进了甲烷的燃烧速率.在催化燃烧Ⅲ型炉中进行了1 100小时的寿命实验.通过测量催化燃烧炉的燃烧表面温度、通道温度和烟气含量等参数,探讨了催化剂的老化后所引起的燃烧表面温度、通道温度的变化情况,并分析了产生的原因.这将有助于改善催化燃烧炉的实际操作条件,延长催化剂的使用寿命.     

Pr物种含量对NiCoPrLa类水滑石结构及衍生复合氧化物催化性能的影响

用水热法合成了2Pr/NCL、5Pr/NCL、7.5P/NCL、10Pr/NCL类水滑石和NCL类水滑石。重点考察了Pr物种含量对类水滑石结构及衍生复合衍生物催化性能的影响。用XRD、H2-TPR、H2-TPD、C2H5OH-TPD和TPO等对类水滑石和衍生复合氧化物的晶相结构及衍生复合氧化物的还原性能、吸附性能和抗积炭性能等进行了表征。同时以乙醇水蒸气重整制氢反应为探针考察了衍生复合氧化物的活性和选择性。结果表明：Pr的掺入能形成NiCoPrLa结晶度较好的类水滑石结构,Pr含量增加时类水滑石的特征衍射峰强度增强。其衍生复合氧化物在乙醇水蒸气重整制氢反应中表现出较好的活性和选择性,当反应温度为450℃时,5Pr/NCL乙醇的转化率为100%,氢气的选择性77.56%。     

在 Z_(409)镍催化剂上环己烷水蒸汽转化宏观反应动力学

在常压下、温度为460—570℃,H_2O/C 为3.0,4.0,5.0的条件下,在内循环无梯度反应器内研究了环己烷水蒸汽转化反应的宏观动力学,实验结果表明反应产物中的烃只有甲烷,所有实验条件下水煤气变换反应并未达到平衡,整个反应过程可用如下反应模型描述:(?)利用实验数据的优化求得了相应的反应速率方程,对实验数据的拟合结果表明,上述模型是合理的,它能够较好地模拟 Z_(409)催化剂上环己烷水蒸汽转化过程预测反应过程中的组分分布。