钯膜反应器柴油重整制氢模拟与验证

为了研究钯膜反应器柴油重整制氢工艺的反应规律,对其进行热力学和动力学建模,并通过实验验证模型的准确性。采用顺序模块法将钯膜反应器分为连续的子反应器和子分离器,模拟钯膜反应器的反应分离耦合过程,通过灵敏度分析,研究钯膜反应器中各反应因素等对氢气收率的影响规律。结果表明,钯膜反应器较无膜反应器可突破热力学平衡的限制,减小反应体积,在低温下可获得较高的氢气产率。在一定条件下模拟结果与实验值误差为8.9%,证明该仿真模型可对实验研究起到预测和指导作用。     

钯膜及钯膜反应器的研究进展

钯基膜具有很高的透氢速率和透氢选择性以及良好的化学和热稳定性,一直是膜技术领域的研究热点。文章综述了钯膜的透氢原理、钯膜制备方法及钯膜反应器的研究进展。重点介绍了钯膜反应器在加氢、脱氢等反应中的应用,并对钯膜反应器的发展趋势进行了展望。     

钯膜及钯膜反应器的研究进展

钯基膜具有很高的透氢速率和透氢选择性以及良好的化学和热稳定性,一直是膜技术领域的研究热点。文章综述了钯膜的透氢原理、钯膜制备方法及钯膜反应器的研究进展。重点介绍了钯膜反应器在加氢、脱氢等反应中的应用,并对钯膜反应器的发展趋势进行了展望。     

钯膜反应器及分离器的研发进展

氢气在钯膜中的传递服从"溶解-扩散"机理。钯膜可以单独组成膜分离器,用于生产高纯度的氢气,也可以与氢气的生产过程相耦合,形成钯膜反应器,用于通过再线的氢气分离打破制氢过程的化学反应平衡,一步法生产高纯氢气。主要介绍了当前膜分离器和反应器的研发进展,介绍了几种膜分离器及反应器的概念设计,并指出了钯膜技术的发展方向。     

管状钯膜反应器中的脱氢反应与氢气分离

讨论了钯膜反应器的实验装置及环己烷的脱氢反应实验方法。对环己烷的脱氢反应及氢气通过钯膜的渗透建立了扩散模型，使用状态－变量法求解偏微分方程组，得出反应物和生成物的组分浓度分布，进而求出反应转化率。同实验结果对比表明，扩散模型能较好地计算脱氢反应及氢气的分离过程。     

高性能钯膜及其在氨分解制氢中的应用

引 言 液氨催化分解制氢工艺具有价格低廉、安全性好、附加值低、产物不含COx杂质等优点[1].此外,氨分解制氢体系的理论质量储氢量是17.6%,明显高于电解水(11.1%)、甲醇-水蒸气重整(12%)、汽油-水蒸气重整(12.4%)、氢化物水解(5.2%～8.6%)等制氢体系.但是,以纯氨为原料分解后只能得到含氢75%的混合气,而燃料电池只有在使用纯氢为原料气时才具有最高的工作效率,因此应当对氨分解产物中的氢进行提纯.     

天然气制氢反应器的研究进展

氢是一种理想的能源,高纯氢的制备是近年研究的一个重点,反应器的结构是制氢的关键。本文综述了固定床、流化床、膜反应器、等离子体反应器、太阳能反应器和微通道反应器在甲烷制氢研究中的应用,分析了各种反应器在制氢过程的特点以及不足之处,指出了制氢反应器的发展方向。     

用于分布式制氢的甲烷蒸汽重整膜反应器的数值模拟

采用反应-分离集成的膜反应器进行分布式制氢,对简化工艺、降低能耗、提升技术经济性至关重要。本文采用数学模型对甲烷蒸汽重整制氢过程膜反应器进行模拟,系统分析了渗透侧操作策略、反应压力、反应温度、钯基膜性能、催化剂性能对反应器行为的影响;并以1m³/h甲烷最大程度转化为目标进行分布式制氢案例分析,详细比较膜反应器技术与“常规反应器+膜分离”工艺技术。结果表明,膜反应器在反应压力30atm（1atm=101325Pa）、反应温度500℃下操作可实现紧凑设计,比“常规反应器+膜分离”工艺技术具有明显优势,但是亟需研发更佳活性（10倍）的钯基膜和催化剂以实现显著的过程强化。模拟结果可为不同规模分布式制氢膜反应器的操作与设计及进一步的性能强化提供指导。     

微反应器在重整制氢系统中的应用与进展

微反应器在传质、传热、反应效率等方面都明显优于传统反应器,具有微尺度、节能、安全、稳定等诸多优点。从微制氢系统组成、微制氢反应器的加工、催化剂装载和连接密封等方面对微反应器在重整制氢系统中的应用进行综述。     

中空纤维膜反应器内合成气发酵制氢的研究

研究了在中空纤维膜生物反应器(MBR)内利用合成气中的CO作为碳源连续发酵制氢的性能。厌氧发酵菌C.hydrogenoformans应用于生物催化合成气发酵制氢反应中,可把CO和H2O直接转化为CO2和H2。在MBR内连续厌氧发酵,分别考察了不同CO进料载荷和液相循环量对反应器产氢性能的影响。实验结果表明,在CO进料载荷为0.22 mol/d、液相循环量为1 500 mL/min时,分别得到最大的CO转化率97.6%和产氢速率0.46 mol/d,产氢得率保持在90%以上,同时计算得到膜生物反应器中的气液传质系数为1.72 h-1。     

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.     

甲醇水蒸气催化重整制氢技术研究进展

针对甲醇水蒸气催化重整制氢的应用背景,综述了甲醇水蒸气重整制氢的反应机理和动力学,对用于该反应的催化剂进行了总结分类,阐述了催化剂制备和反应阶段相关因素对催化剂特性的影响。在此基础上,指出甲醇水蒸气重整制氢技术研究与应用存在的问题与瓶颈,并对两种创新的研究--太阳能驱动的甲醇水蒸气重整制氢技术和甲醇重整制氢微通道反应器的开发技术进行了总结展望。     

Methylcyclohexane dehydrogenation for hydrogen production via a bimodal catalytic membrane reactor

The dehydrogenation of methylcyclohexane (MCH) to toluene (TOL) for hydrogen production was theoretically and experimentally investigated in a bimodal catalytic membrane reactor (CMR), that combined Pt/Al₂O₃ catalysts with a hydrogen‐selective organosilica membrane prepared via sol‐gel processing using bis(triethoxysilyl) ethane (BTESE). Effects of operating conditions on the membrane reactor performance were systematically investigated, and the experimental results were in good agreement with those calculated by a simulation model with a fitted catalyst loading. With H₂ extraction from the reaction stream to the permeate stream, MCH conversion at 250°C was significantly increased beyond the equilibrium conversion of 0.44–0.86. Because of the high H₂ selectivity and permeance of BTESE‐derived membranes, a H₂ flow with purity higher than 99.8% was obtained in the permeate stream, and the H₂ recovery ratio reached 0.99 in a pressurized reactor. A system that combined the CMR with a fixed‐bed prereactor was proposed for MCH dehydrogenation. © 2015 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 61: 1628–1638, 2015     

Pure hydrogen production by methane steam reforming with hydrogen-permeable membrane reactor

Low temperature steam reforming of methane mainly to hydrogen and carbon dioxide (CH₄ + 2H₂O → 4H₂ + CO₂) has been performed at 773 and 823 K over a commercial nickel catalyst in an equilibrium-shift reactor with an 11-μm thick palladium membrane (Mem-L) on a stainless steel porous metal filter. The methane conversion with the reactor is significantly higher than its equilibrium value without membrane due to the equilibrium-shift combined with separation of pure hydrogen through the membrane. The methane conversion in a reactor with an 8-μm membrane (Mem-H) is similar to that with Mem-L, although the hydrogen permeance through Mem-H is almost double of that through Mem-L. The amount of hydrogen separated in the reaction with Mem-H is significantly large, showing that the hydrogen separation overwhelms the hydrogen production because of the insufficient catalytic activity.     

生物质衍生物重整制氢研究进展

氢能是公认的较为理想的绿色能源,开发利用氢能不仅能摆脱对传统化石能源的长期依赖,还能解决能源短缺及环境污染问题,低成本且高效环保地制取氢气有利于中国能源结构转变与可持续发展战略的实施,其中利用可再生生物质衍生物重整制氢技术越来越受到人们的关注。从化学与能源角度出发,综述和评论了国内外以生物醇类、苯酚类、酸类三大主要生物质衍生物为原料重整制氢的研究,分析了这些生物质衍生物重整制氢的反应机理,集中阐述了催化剂和载体对重整制氢的作用效果,以及催化体系所面临的问题及改进办法。结合目前制氢发展着重于催化剂改性、载体优化、工艺改进等方面的研究趋势,提出未来可深入开发新型载体和助剂、丰富催化剂体系、整合各种制氢工艺的研究方向。     

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。