太阳能热化学研究进展

 主要从热化学水解制氢、太阳能-天然气重整制合成燃料、太阳能、煤气化制合成气,以及利用太阳能裂解其他含碳燃料和控制CO2排放等方面,简要评述了太阳能热化学燃料转化技术的发展现状及难点及发展趋势。概述了将聚集的太阳能热能向化学燃料的热化学转换过程的最新发展动态。这个转变实现了太阳能的储存,同时使得太阳能可以从太阳能丰富的地区运输到太阳能缺乏但人口密集的地区。     

合成气制备工艺和二甲醚合成工艺的集成

在固定床反应器中,用3种典型的天然气造气工艺制备的合成气制备二甲醚,考察了温度、压力、空速等反应条件对催化剂性能的影响．实验结果表明,由于合成气一步法合成二甲醚是一个体积减小的反应,随着压力的增加,CO转化率增加;随着空速的增加,CO转化率降低;随着温度的升高,CO转化率先增加,达到一定值后,逐渐开始下降．分别用丹麦Topscpe甲醇合成催化剂和国产甲醇合成催化剂制备了DME合成催化剂,对其性能进行比较发现,前者具有较好的低温催化性能．用CH4-Air-H2O-CO2转化工艺制备的合成气,即含氮合成气合成二甲醚在适当增加压力的条件下,可取得较高的CO单程转化率和二甲醚回收率,且天然气的消耗量较少．     

入口气组分对质子交换膜燃料电池柴油水蒸气重整制氢流程的影响

考察了Ni--Yb/γ--Al2O3(Ni 16%,Yb 5%,质量分数)催化剂,入口气中添加不同组分(CO2、H2和CH4)对柴油低/高温水蒸气重整过程中转化率及重整率的影响,以及添加CO2入口气对质子交换膜燃料电池柴油水蒸气重整制氢流程中后续的CO水气变换和深度去除CO过程的影响.结果表明:入口气中添加CO2或H2进一步提高了柴油在低温(400～500℃)水蒸气重整反应中的转化率(95%),能够为后续的高温(550～750℃)水蒸气重整过程提供CH4代替柴油作为重整原料,从而显著抑制了积碳.入口气中添加H2对高温水蒸气重整有抑制作用,添加CH4不利于提高柴油转化率.入口气中添加CO2时,气碳摩尔比约为0.54时柴油转化率最佳,但重整产物中CO含量会增加,因而后续CO水汽变换过程的空速需降低以便保证CO去除率,添加CO2对最后深度去除CO过程(两段选择甲烷化法)无明显影响.     

纳米反应器在合成气催化转化中的应用

合成气(CO和H2混合气)选择性制备碳氢化合物燃料及化学品是目前最具挑战的催化反应之一.我国拥有丰富的煤炭资源,发展煤经合成气催化转化技术可以减少对石油的依赖,因此相关研究具有十分重要的意义.近年来纳米反应器在合成气选择性转化反应中得到了广泛应用,其优势主要体现在孔道结构可控、表面可功能化、稳定活性金属、反应过程强化等方面.本文基于合成气选择性转化,重点介绍了纳米反应器的构筑以及调控碳氢化合物选择性方面的微观机制的研究进展,为合成气的选择性转化提供研究思路.     

加压条件下两段法天然气催化氧化制合成气催化剂的改进

以α-Al2O3为载体，在加压条件下，采用初湿浸渍法制备了镧助Ni／α-Al2O3部分氧化-重整催化剂和负载型钙钛矿型LCFM／α-Al2O3燃烧催化剂，考察了反应温度、压力、CH4与氧配比等因素对两段法甲烷催化氧化制合成气性能的影响。结果表明，在两段法催化氧化制合成气工艺中采用LCFM／α-Al2O3燃烧催化剂和镧助Ni／α-Al2O3部分氧化／重整催化剂，能够消除反应热点，降低反应的危险性。当温度为1000℃及体系压力为2MPa时，甲烷转化率约为85％，CO和H2的选择性接近90％，与热力学平衡值十分接近；增加原料气中的氧含量，可以提高甲烷的转化率，但CO和H2选择性随之降低。     

来自自然界的可再生能源-生物质乙醇重整制氢

在镧系金属氧化物载镍催化剂上通过催化重整乙醇和乙醇水溶液可以直接转化为H2，H2的选择性达到60％，乙醇的转化率达到100％。优化催化剂及降低重整反应的温度以使水汽转化反应同时发生来降低产物气中CO的含量。该过程对于生产小型燃料电池的低成本燃料H2，以及便携燃料电池系统需要液态燃料存储的应用具有巨大的潜在价值。     

富氢重整气对天然气发动机燃烧反应过程的影响

为研究基于废气重整再循环(REGR)技术的天然气发动机燃烧排放调控机制,开展了富氢重整气添加对点燃式天然气发动机缸内燃烧过程影响的数值模拟研究。结果表明,添加富氢重整气与增大过量空气系数对天然气发动机的燃烧过程的影响规律相反。增大重整气添加率可使燃料着火时刻提前1.42°,燃烧持续期缩短;增大过量空气系数则会使缸内平均压力峰值和放热率峰值降低,着火时刻滞后2.24°。REGR率增加到16%时可使总碳氢化合物排放降低26.98%,NO_x排放降低62.52%,但会导致发动机功率降低9.52%。基于此,从化学动力学角度进一步解析REGR率对天然气发动机缸内燃料燃烧反应过程与污染物生成演化过程的影响。结果表明,随REGR率增大,OH自由基参与CH_4消耗反应占比增大,从而加快基元反应速率,使燃烧相位提前,并使未燃HC排放降低。     

甲烷重整制合成气机理研究的进展

天然气工业技术中CH4的重整反应一直是科学研究的热点,实验发现CH-4有多种途径转化为合成气(CO,H2),但机理不相同.随着研究方法的不断更新,人们对重整反应机理的研究也逐步深入.主要阐述了机理研究的发展与现状,并结合催化剂积碳、反应条件、产率等方面比较了重整的各种途径,对现有的机理作了对比分析.     

来自自然界的可再生能源—生物质乙醇重整制氢(英文)

在镧系金属氧化物载镍催化剂上通过催化重整乙醇和乙醇水溶液可以直接转化为H2,H2的选择性达到60%,乙醇的转化率达到100%。优化催化剂及降低重整反应的温度以使水汽转化反应同时发生来降低产物气中CO的含量。该过程对于生产小型燃料电池的低成本燃料H2,以及便携燃料电池系统需要液态燃料存储的应用具有巨大的潜在价值。     

加压条件下两段法天然气催化氧化制合成气催化剂的改进

以α Al2O3为载体,在加压条件下,采用初湿浸渍法制备了镧助Ni/α Al2O3部分氧化重整催化剂和负载型钙钛矿型LCFM/α Al2O3燃烧催化剂,考察了反应温度、压力、CH4与氧配比等因素对两段法甲烷催化氧化制合成气性能的影响。结果表明,在两段法催化氧化制合成气工艺中采用LCFM/α Al2O3燃烧催化剂和镧助Ni/α Al2O3部分氧化/重整催化剂,能够消除反应热点,降低反应的危险性。当温度为1000℃及体系压力为2MPa时,甲烷转化率约为85%,CO和H2的选择性接近90%,与热力学平衡值十分接近;增加原料气中的氧含量,可以提高甲烷的转化率,但CO和H2选择性随之降低。     

基于Aspen Plus对F-T合成油尾气蒸汽重整的模拟及优化

利用Aspen Plus建立了F-T合成油尾气蒸汽重整过程的数学模型,并进行了以提高重整气中CO含量为目标的优化计算。结果表明:水碳摩尔比(n(H2O):n(C))和O2通量为主要影响因素,而压力影响并不明显;在水碳摩尔比为3.0,O2通量为9 900m3/h的优化条件下,重整气中CO的摩尔产率与优化前相比提高了12.86%,而CO2的摩尔产率降低了19.87%,能够有效提高合成油的收率。     

基于共生理论的甲烷共气化过程分析

运用共生理论，对甲烷、二氧化碳和氧气共气化制备合成气的耦合过程进行了分析，以便给定实际生产过程的最优操作条件．从甲烷部分氧化、二氧化碳重整和水蒸气重整等典型反应的热力学以及本征反应动力学分析入手，将一氧化碳和氢气视为该耦合过程的主质参量，得到了上述共生体系的特征共生度表达式．以进料中二氧化碳相对含量为调整变量，目的产品合成气中氢碳的量之比为考察指标，通过质参量兼容原理及共生稳定条件下的共生度关系，建立了氢碳的量之比与进料量之间的关联式．分析结果表明：改变进料二氧化碳的相对含量，可以在一定范围内调整系统的能耗和合成气中氢碳的量之比；同时，可求得一最优的二氧化碳进料量，使得该体系满足共生稳定，能量损耗最小，从而实现综合考虑经济效益和能耗等因素的共生系统优化。     

生物质制取氢气和生物油液体燃料

催化水蒸气重整由生物质快速裂解得到的生物油制取氢气,催化剂C12A7-O^-／15％Mg显示了很高的活性,并在我们所研究的几种催化剂中具有最高的氢产率．在最佳重整条件（T=750℃,S／C=6．0,GHSV=26000h^-1）下,得到70％的氢产率和约93％的最大碳转化率．结果显示,氢产率和碳转化率对温度和S／C（水蒸气和碳的摩尔比）具有选择性．目前结果表明,由水蒸气重整生物油制取的生物油舍成气,用费托合成法直接合成洁净液体生物油燃料将是一个很有前景的选择．研究了由生物油合成气制备的费托合成液体燃料的特征,在典型的反应条件（T=300℃,P=1．5MPa,W／F=12．5gcat·h／mol）下,总碳转化率（包括CO和CO2）约36％,C5＋的选择性约44％．     

基于Gibbs自由能最小原理分析CO2重整CH4

运用G ibbs自由能最小方法,研究了重整反应器的操作参数(温度、压力、反应气配比等)对CO2重整反应中CH4转化率和产物分布的影响,以及甲烷氧化反应与CO2重整反应间的能量耦合.研究结果表明:反应压力P不变(P=101.325 kPa),随温度升高CH4和CO2转化率增大,在900 K左右产生的H2O(g)的量达到极大值,在1 200 K以上CH4转化率接近100%;反应温度T不变(T=973 K),随压力升高CH4和CO2转化率降低,H2O(g)的选择性略微增加;T=973 K,P=101.325 kPa,原料气中nCH4/nCO2(摩尔比)从0.65增加到2.0时,CH4转化率从85%降到45%,nH2/nCO(摩尔比)从0.77增加到0.95;反应器中加入适量O2,可以提供CO2重整反应所需的能量,同时可调节产物中CO与H2的摩尔比.     

甲烷部分氧化制合成气反应中热点位置的研究

将热电偶插入La2 O3 Ni/MgAl2 O4 催化剂反应床层 ,通过移动热电偶详细考察了反应炉温、空速、原料气组成和加入水蒸气对甲烷部分氧化制合成气反应床层温升的影响。结果表明 ,反应热点位于催化剂床层入口处 ,而且热点位置不受上述反应因素的影响。但是 ,其温升值随空速的增大而升高 ,随反应炉温的升高而降低。反应中引入水蒸气可以降低反应热点的温度 ,但同时使产物中CO2 含量增大。根据反应热计算了燃烧重整机理和直接转化机理的绝热温升 ,与实验结果的对比表明 ,反应床层的温升主要来自于部分氧化反应的放热 ,即甲烷部分氧化制合成气可能是按直接转化机理进行的。极高空速时低甲烷转化率下合成气的选择性并未发生明显的变化 ,这也进一步证明了上述结论     

燃料中CO_2杂质对高温质子交换膜燃料电池性能的影响

目的研究燃料中添加不同浓度的CO2对高温质子交换膜(HT-PEM)燃料电池性能的影响.方法运用燃料电池测试系统对HT-PEM燃料电池的伏安特性和交流阻抗特性进行测试,并采用等效电路分析获得了HT-PEM燃料电池的等效元件,分析了重整燃料H2中CO2含量对HT-PEM燃料电池伏安特性和交流阻抗特性的影响.结果氢燃料中的CO2对HT-PEM燃料电池有一定的毒化作用,主要体现在CO2吸附在催化剂表面,形成了Pt-CO键,降低了电池的开路电压,导致浓差极化加剧.如果通入纯氢气燃料,电池性能可恢复至95.3%水平.结论提高燃料中CO2的含量,燃料电池的法拉第阻抗增大,电池的性能降低;随着温度的升高,电池系统对CO2的容忍度降低;CO2对电池性能的影响可以得到恢复.     

CuO/ZnO/CeO 2/ZrO 2催化剂上甲醇水蒸气重整制氢反应机理研究

利用原位傅里叶变换红外光谱技术对CuO/ZnO/CeO2/ZrO2催化剂上的甲醇水蒸气重整制氢反应机理进行了研究.结果表明:甲醇水蒸气重整制氢反应主要由甲醇脱氢解离、甲酸甲酯转化和逆水气变换三个过程组成.副产物CO主要是由CO2和H2经逆水气变换反应而生成的,这是造成甲醇水蒸气重整后的CO含量总是低于热力学平衡浓度的原因.     

碳氢气为燃料气的SOFC阳极改性研究

为使Ni-YSZ阳极支撑的固体氧化物燃料电池能以碳氢气为燃料气稳定工作,采用化学镀银法对电池阳极进行镀银改性研究,在750℃分别以氢气和乙烷为燃料气,测试电池的电化学性能,并采用扫描电子显微镜对测试前后的阳极进行表征.结果表明阳极镀银后,电池极化电阻减小,放电性能和抗积炭能力提高.化学镀银法镀银10 min的电池在750℃以氢气为燃料气时,最大功率密度463 m W·cm~(-2),比未镀银电池增加28.6%,以乙烷为燃料气时能以330 m A·cm~(-2)恒流稳定运行24 h.这使得固体氧化物燃料电池以碳氢气为燃料气稳定运行成为可能,将为污泥资源化提供一个新途径.     

CO_2减排技术研究进展

因燃烧化石燃料而排放的温室气体所导致的环境问题已经成为全球性问题。在这些温室气体中,CO2所占的比例最高。与此同时,CO2在化学工业中有很大的用途。因此,从烟气中分离CO2并将其资源化利用具有十分重要的意义。本文从燃料的前期处理、CO2的分离和捕集、后期封存及其资源化利用三个方面介绍了CO2减排及其资源化利用的途径和方法,并对各减排方法进行了分析和比较,总结了各方法的优劣性及其适用范围,对CO2减排技术的发展前景和面临的挑战进行了展望。     

天然气掺氢发动机性能试验

以台架实验的方法,对发动机燃用天然气(CNG)和天然气掺氢(HCNG)燃料的动力性和排放性能进行了对比研究.结果表明,发动机燃用天然气掺氢燃料能够加快缸内燃烧过程,改善CNG发动机稀燃性能,降低发动机排温.与纯天然气发动机相比,其排放物CO、CO2、HC得到降低,同时NOx排放量增加,但随着过量空气系数的增大,发动机NOx排放大幅减少,得到较优的排放性能.