燃料重整制氢技术研究进展

对燃料制氢技术的各种制氢方法和典型设备进行综述,明确随车燃料重整制氢技术的应用前景,并指出各种燃料重整方法的局限性.对蒸汽重整、部分氧化、自热重整、裂解、等离子裂解等技术进行归纳分析,针对随车燃料重整提出基于尾气的分类方法.     

氢能与燃料电池关键科学技术: 挑战与前景

氢能是可持续的二次清洁能源, 产业链主要包括氢气的制取、储存、运输和应用等环节. 燃料电池是氢能利用的主要方式, 处于产业链的核心地位. 以氢能产业链为主线, 围绕氢能燃料电池产业化进展, 对制氢、储氢、加氢站、氢能燃料电池电堆及关键材料, 以及车用燃料电池系统关键部件的技术特征、产业化进展、发展现状及存在的挑战进行了概述, 尤其对中国燃料电池产业链的发展现状进行了重点介绍. 为了加速氢能与燃料电池真正意义上的产业化, 还提出了几点需要克服挑战的研发方向.     

氨载氢技术经济性分析

液氨做为一种含氢质量分数为17.6%的富氢物质,是氢能的理想载体.从目前氢气存储和运输的瓶颈问题出发,设计了以液氨为储氢和输氢载体的供氢方案,并以单位质量的氢气供应成本做为评价指标,对该路线与天然气、电解水和甲醇裂解制氢供氢路线进行了经济性的比较分析.结果表明,在中等制氢规模和近距离运输的模式下,氨载氢供氢方案一次投资单位供氢成本仅为51.2元.kg-1,明显低于其他制氢路线,具有较强的经济性和技术可行性.     

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.     

甲醇重整制氢反应器的模拟研究

在Peppley等人提出的甲醇水蒸汽重整反应机理的基础上建立了甲醇重整制氢反应器的模型。并依据所建立的模型对不同压力及空速下甲醇的转化率进行了模拟并与实验数据进行了对比,结果显示甲醇转化率的模拟值与实验数据有较好的吻合（相对误差1.13%）。在所建立模型的基础上,进一步地讨论了反应器入口甲醇比率和入口温度对甲醇转化率以及单位甲 醇制氢量的影响。并得出了在所给出的操作条件下,当入口温度为570K,F_M,R/^FM,B=8.5时,单位甲醇的制氢量最高,可达到2.64（mol/mol）。     

微反应器中甲醇-水蒸气重整制氢三维模拟

为考察进口温度、速度和水醇比对微反应器中甲醇-水蒸气重整制氢过程的影响,利用计算流体力学软件FLUENT中的通用有限速率模型对自行设计的平板微通道反应器中甲醇-水蒸气重整制氢进行了三维数值模拟.反应动力学采用甲醇分解和蒸气重整双速率幂函数模型.计算表明,在反应物进口速度为2.88 m/s、进口温度为493 K和水醇比为1.3的反应条件下,反应器出口转化率达79.8%.通过模拟可以看出微反应器能够在较大的反应物流量下保持较高的出口氢气含量和较高的甲醇转化率.     

氢能发电及其应用前景

氢能发电系统由氢源、燃料电池和电力变换器及其控制系统组成。随着氢气制备与安全储运技术以及电能变换与控制技术的不断发展和日趋成熟，氢能发电技术即将获得广泛应用，特别是PEMFC发电系统还具有工作温度低，无烟气排放，伪装性能优良，在国防、人防和民用领域都有极高的应用价值。阐述了氢能发电系统的组成及控制系统结构，介绍了燃料电池工作原理、氢气制备方法、储运方式及金属储氢材料的安全性、电力电子变换技术以及氢能发电技术的研究发现状与应用前景。     

Hydrogen from catalytic reforming of biomass-derived hydrocarbons in liquid water

Concerns about the depletion of fossil fuel reserves and the pollution caused by continuously increasing energy demands make hydrogen an attractive alternative energy source. Hydrogen is currently derived from nonrenewable natural gas and petroleum, but could in principle be generated from renewable resources such as biomass or water. However, efficient hydrogen production from water remains difficult and technologies for generating hydrogen from biomass, such as enzymatic decomposition of sugars, steam-reforming of bio-oils and gasification, suffer from low hydrogen production rates and/or complex processing requirements. Here we demonstrate that hydrogen can be produced from sugars and alcohols at temperatures near 500 K in a single-reactor aqueous-phase reforming process using a platinum-based catalyst. We are able to convert glucose -- which makes up the major energy reserves in plants and animals -- to hydrogen and gaseous alkanes, with hydrogen constituting 50% of the products. We find that the selectivity for hydrogen production increases when we use molecules that are more reduced than sugars, with ethylene glycol and methanol being almost completely converted into hydrogen and carbon dioxide. These findings suggest that catalytic aqueous-phase reforming might prove useful for the generation of hydrogen-rich fuel gas from carbohydrates extracted from renewable biomass and biomass waste streams.     

生物质快速热解制备生物油

大规模生物质快速热解制取生物油将成为解决液体燃料短缺的一个重要途径。总结了热解所需的原料预处理要求,介绍了各种热解反应器目前的应用状况,重点介绍了利用热解副产物(焦炭和燃气)实现自热式热解液化的工艺技术及其关键问题,并结合3种比较成熟的热解反应器介绍了最佳的自热式热解工艺,随后阐述了热解产物中的固体颗粒分离以及生物油冷凝的工艺,阐述了生物油生产、存储和运输过程中的环境、安全和健康问题。     

中国车用氢能潜力分析

 分析了中国氢气应用和生产的现状,利用实际工业生产数据,根据工业氢气制取、转化的应用原理,得出了中国氢气消费总量与相关化工产品产量的数量关系,确定了目前中国工业氢气的生产能力和副产氢资源。采用情景分析方法,预测了2050年前燃料电池汽车发展对应的氢能需求及面临的供应选择。分析结果表明,根据目前中国的规模化工企业的生产现状,每吨合成氨耗氢量178.18~182.44kg,每吨甲醇耗氢量126.45~142.26kg,根据2007年中国合成氨和甲醇的产量,对应氢气消费量分别达920万吨和130万吨。根据中国炼油加氢工艺耗氢量和近年加氢裂化和加氢处理加工量,耗氢量达180万吨。合计中国工业氢气消费量超过1200万吨,年均增长速度9%。此外,中国是世界重要的烧碱、钢铁和焦炭生产大国,根据每生产1吨烧碱副产270m3氢气,氯碱工业每年副产氢气约41.57万吨,同时1m3的焦炉煤气可制取约0.44m3的氢气,中国焦炉煤气蕴含563.86万吨的副产氢资源。合计超过600万吨的副产氢资源可供应686万辆燃料电池大客车或2703万辆乘用车的运行,是未来重要的车用氢能来源。通过设定缓慢、中等、快速发展情景假设,中国副产氢资源可满足燃料电池汽车在缓慢情景下到2050年对氢能的需求,在中等和快速发展情景下分别支持到2046年和2040年对氢能的需求。     

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。     

Materials design and modification on amide-based composites for hydrogen storage

Amide-based composite system has the potential to meet the needs of onboard hydrogen storage for fuel cell vehicles due to its relatively high hydrogen capacity and tunable thermodynamics. A large number of amide–hydride and amide–complex hydride composites have been developed in the past decades. This article reviews the state-of-the-arts of amide–hydride composite systems with the focus on the materials design and modification.     

Developments of Catalysts for Hydrogen Production from Dimethyl Ether

1 Results Dimethyl ether (DME) is expected as a clean fuel of the 21st century.I have developed new catalysts for hydrogen production by steam reforming of DME.Cu-Zn/Al2O3 catalysts prepared by the sol-gel method produce large quantities of H2 and CO2 by DME steam reforming under lower reaction temperature[1].However,the sol-gel catalysts will be more expensive than general catalysts prepared by impregnation methods and coprecipitation methods,because the precursor,alkoxides are very expensive.For pract...     

Direct oxidation of hydrocarbons in a solid-oxide fuel cell

The direct electrochemical oxidation of dry hydrocarbon fuels to generate electrical power has the potential to accelerate substantially the use of fuel cells in transportation and distributed-power applications. Most fuel-cell research has involved the use of hydrogen as the fuel, although the practical generation and storage of hydrogen remains an important technological hurdle. Methane has been successfully oxidized electrochemically, but the susceptibility to carbon formation from other hydrocarbons that may be present or poor power densities have prevented the application of this simple fuel in practical applications. Here we report the direct, electrochemical oxidation of various hydrocarbons (methane, ethane, 1-butene, n-butane and toluene) using a solid-oxide fuel cell at 973 and 1,073 K with a composite anode of copper and ceria (or samaria-doped ceria). We demonstrate that the final products of the oxidation are CO2 and water, and that reasonable power densities can be achieved. The observation that a solid-oxide fuel cell can be operated on dry hydrocarbons, including liquid fuels, without reforming, suggests that this type of fuel cell could provide an alternative to hydrogen-based fuel-cell technologies.     

液相有机氢载体的催化研究与应用

氢能清洁高效、能量密度高，是理想的能源载体，也是公认的未来能源发展方向之一。氢气的存储是氢能利用的关键环节，目前仍没有完美适配所有场景的储氢材料，储氢技术的选择势必要以使用场景为导向。液相有机氢载体（liquid organic hydrogen carriers，LOHCs）作为一种液相储氢材料，在运输方面具有独特的应用优势。本文介绍了常见的液相有机储氢材料，重点探讨了适用于运输工具（车、船、航空器等）的LOHCs，综述其加氢/脱氢的催化研究进展、应用技术难点，并展望了其应用前景。     

Nanomaterials for renewable hydrogen production, storage and utilization

An ever growing demand for energy coupled with increasing pollution is forcing us to seek environmentally clean alternative energy resources to substitute fossil fuels. The rapid development of nanomaterials has opened up new avenues for the conversion and utilization of renewable energy. This article reviews nanostructured materials designed for selected applications in renewable energy conversion and utilization. The review is based on the authors’ research, with particular focus on solar hydrogen production, hydrogen storage and hydrogen utilization. The topics include photoelectrochemical (PEC) water splitting and photocatalytic hydrogen production, solid-state hydrogen storage, and proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs). It is expected that the rational design of nanomaterials could play an important role in achieving a renewable energy based economy in the coming decades.     

Ca(OH)2对生物质水蒸气气化制氢的影响

提出一种新型的生物质水蒸气气化制氢方法.该方法在生物质水蒸气气化过程中添加CO2吸收剂,旨在通过吸收CO2促进产氢反应向着氢气产生方向进行,从而提高产氢量.分析了Ca(OH)2、水蒸气、温度和保持时间对产氢量以及产气组分百分比的影响,结果表明:在生物质水蒸气气化过程中添加CO2吸收剂能显著提高产氢量;随着Ca(OH)2的增加产氢量先升高后略微降低,Ca(OH)2对水煤气反应的影响要明显强于对甲烷水蒸气重整反应的影响;产氢量随水蒸气的增加先升高后降低;产氢量随温度的升高迅速增加;充足的保持时间可以使制氢反应进行彻底.     

CuMn2O4/HZSM-5催化二甲醚水蒸气重整制氢的试验研究

摘要： 搭建了二甲醚水蒸气重整制氢的小样模拟台架,并制备了二甲醚重整制氢催化剂.研究了不同水解活性组分、甲醇重整活性组分和煅烧温度下的尖晶石复合催化剂对二甲醚水蒸气催化重整制氢性能的影响.结果发现：不同水解活性组分中,HZSM 5（硅铝摩尔比r=n(SiO2)/n(Al2O3)=38）的双功能催化剂的H2产率最高;甲醇重整活性组分中,铜锰尖晶石结构催化组分（CuMn2O4）的双功能催化剂的H2产率最高;煅烧温度对CuMn2O4双功能催化剂的催化效果有明显影响,其中煅烧温度为700 °C时H2产率最高.     

基于双效催化剂的生物油吸附强化重整实验

制备了镍基双效催化剂,并将其应用在多组分生物油模化物吸附强化重整制氢的研究中,考察了重整温度、水碳比、液体质量空速对反应过程的影响.结果表明,在双效催化剂作用下,吸附强化重整阶段获得的氢气体积分数和氢气产率较普通重整阶段显著提升;且随着温度升高、S/C比(水蒸气与碳物质的量之比)增大,氢气产率与氢气体积分数呈现先增加后小幅减少的趋势;且相比于普通重整阶段,最高氢气产率所对应温度明显下降,在650℃,S/C比为4.5时氢气产率达到最大值87.60%,此时氢气体积分数为94.75%.     

沼气制氢工艺研究进展

沼气是具有巨大发展潜力的清洁可再生能源,可作为生物天然气的来源。利用沼气提纯得到天然气品质的甲烷制氢或沼气原料直接制氢具有可持续和环境友好等优点,而沼气中杂质的去除、催化剂以及操作条件的优化是提高沼气制氢反应效率和选择性的重点。系统综述了目前主要的几种沼气制氢工艺的研究进展。较优的沼气制氢工艺包括：将沼气提纯得到的甲烷通过催化裂解法制氢,可避免生成CO_x;消耗沼气主要成分CO₂和CH₄制氢的干重整法;能够结合H₂的分离和纯化、CO₂捕集和热整合的化学链重整技术。通过高效的工艺利用沼气制取氢气,对促进生物天然气产业的发展、提高可再生能源的使用率以及实现碳减排具有重要意义。