No.5:实现氢气的低温制备和存储

正氢能被誉为下一代二次清洁能源,但氢气的高效制备以及安全存储和运输一直以来是阻碍氢能源大规模应用的瓶颈。由于甲醇可以安全运输,将氢气存储于液体甲醇中,通过水和甲醇低温液相重整反应原位产氢,在释放出甲醇中存储的氢气的同时也活化等摩尔的水而释放出额外的氢气,就成为氢能利用的可行途径。这种过程装置简单、耗能低,容易和车载或固定聚合物电解质膜燃料电池整合,而     

车载甲醇重整制氢燃料电池系统建模与供氢管理

针对车载甲醇重整制氢燃料电池汽车在实际运行过程中氢气需求问题,设计了面向控制的供氢策略。首先基于Matlab/Simulink平台,搭建了甲醇重整制氢燃料电池系统和整车仿真模型。结合实际工况中整车对燃料电池提出的动态功率需求,以甲醇消耗最低为目标,提出一种基于时间序列指数预测算法提前预知燃料电池耗氢速率进而实时调整重整系统的甲醇供应量的策略。C-WTVC工况仿真结果表明,该策略可使综合等效醇耗降低1.47%。此外,考虑到工况频繁变化会降低甲醇重整效率,进一步设计了一种基于规则的供氢管理策略,维持甲醇重整器运行在高效率区,C-WTVC工况下综合等效醇耗降低3.82%。     

甲醇重整微槽道反应器的性能

为了解决燃料电池系统的稳定氢源问题,研制了一种新型的甲醇重整微槽道反应器加工工艺方法。通过电火花加工技术在合金片上加工出平行的槽道,然后通过扩散焊将十多层的合金片焊接在一起,再通过溶胶-凝胶方法将催化剂涂层负载到微槽道反应器的内壁上。微槽道反应器的整体尺寸为40 mm×40 mm×8 mm。考察了催化剂涂层的配比、反应温度、水醇比、进料速度、反应时间对甲醇重整微槽道反应器性能的影响。结果表明:当反应温度、进料速度、水醇摩尔比分别为282°C、6 cm3/h、1.3时,该微槽道反应器的氢气产率可满足11W燃料电池的需要。     

微型反应器中甲醇水蒸气重整制氢研究

为了强化甲醇水蒸气重整制氢过程,研制了一种集燃料预热、汽化、过热和重整反应功能于一体的微型反应器.实验考察了反应温度、水醇摩尔比、液体空速等对甲醇转化率、产氢率、反应器出口氢气和一氧化碳浓度的影响,建立了该反应器的数学和动力学模型并进行了三维数值模拟.结果表明,所建模型能较好地反映出反应器的性能,当反应温度、水醇摩尔比和液体空速分别为260℃、1.3、0.2 h-2时,产氢率达0.2 mol/(h·g),可为氢气利用率为80％、效率为60％的燃料电池提供10.2 W的功率.     

甲醇水蒸气重整微型反应器催化剂涂层的研究

为解决燃料电池氢源问题,针对甲醇水蒸气重整微型反应器,研究了一种新的催化剂涂层技术。结果表明：催化剂涂层与金属基体结合紧密,具有较高的比表面积。当温度为293℃,空速为4.14h^-1时,在环状微反型器中,测得甲醇的转化率为88.2％,未发现副产物甲酸甲酯、甲醛。100h的连续实验结果表明该涂层催化剂活性在反应开始40h之后基本保持稳定。     

燃料电池氢源——双段固定床优化乙醇重整制氢

为优化燃料电池氢源,设计了双段固定床制备氢气.利用共沉淀法合成了两组催化剂(NiO/ZnO与CeO2/ZnO催化剂、Ni/γ-Al2O3与Fe2O3/Al2O3催化剂),研究表明双段固定床可显著提高乙醇水蒸汽重整在中低温条件下制备氢气的选择性,在350℃时分别由原来的56.27%和56.52%上升至58.23%和58.37%.     

稀土金属助催的甲醇水蒸汽重整制氢催化剂的研究

制备稀土金属离子助催的铜锌基醇水蒸汽重整催化剂并分别比较了铜锌和两种以稀土Ce^3 ,Zr^4 为助催剂的铜锌催化剂上甲醇水蒸汽重整制氢的催化性能：在220℃反应条件下，Cu-ZnO,Cu-ZnO-Ce2O3和Cu-ZnO-ZrO2的甲醇转化率分别为28.1%、37.3%和51.6%，后两个催化剂的氢选择性高达100％，CO的选择性为0。Cu-ZnO-ZrO2催化剂经60h的运转后，催化剂的性能不变，触氧实验表明该催化剂能满足甲醇燃料电池电动车启动温度低、CO2选择性高的要求。     

中山大学便携式燃料电池：产业化新突破

中山大学先进能源材料研究室一直致力于便携式燃料电池的研究，在基础研究和应用研究方面取得了重要成果。该研究室通过发明和设计空气自呼吸燃料电池的双极板、碳化钨基新型催化剂、复合含氢材料及廉价高效催化剂实现水活化现场供氢等技术。     

G10型氢气生产器

香港一家公司提供一种G10型氢气生产器,利用甲醇和水的混合物制取高纯度的干氢气。甲醇—水混合物从燃料箱被泵进化学反应箱,再经热交换器流到预热器,由预热柴蒸发。蒸汽流经已加热的催化剂,分解成氢和二氧化碳。这种富氢的气体流到扩展箱,分离出氢气,经扩散的纯氢被送至输出     

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.     

甲醇合成影响因素与催化剂的失活问题研究

甲醇是一种基本有机化工产品和环保动力燃料,广泛应用于有机合成、燃料、医药、涂料和国防工业等领域。由二氧化碳与氢气合成甲醇不仅能实现工业生产中碳源的循环利用,减少二氧化碳排放,而且能解决化工和能源领域对甲醇的需求。而实现这一过程的关键技术是高效催化剂的开发。     

面向能源转型的化石能源与可再生能源制氢技术进展

氢能是来源丰富、绿色低碳和应用广泛的二次能源,正逐步成为未来能源绿色转型发展的重要载体之一,是现有能源形式的有益补充,也是未来能源体系的重要组成部分。该文介绍了清华大学能源与动力工程系在制氢领域取得的基础研究和应用开发的系列成果。在碳氢燃料重整领域,合成了烧绿石负载型重整通用催化剂,开发了全系列重整制氢样机;在中温氢气净化领域,提出了中温净化新途径并合成了覆盖全温区的氮基活性炭疏水吸附剂及水滑石基吸附剂,完成了中温变压吸附H₂/CO₂分离技术示范;在可再生能源电解领域,依托固体氧化物电解池实现了二氧化碳与水共电解制取燃料、升高反应温度以降低水理论分解电压,从而缩减了碱水电解能耗。发展制氢技术是氢能燃料电池产业的首要技术环节,有助于推进未来能源利用方式变革,是构建低碳、安全和高效现代能源体系的重要举措。     

车用燃料电池技术分析

近年来,随着科研技术人员对新能源汽车的不断研发,车用燃料电池技术也同时不断地更新换代,其目的就是提高车用燃料电池的质量,减少传统汽车燃料消耗所带来的环境污染。该文首先对广泛使用的几种车用电池在技术、优缺点方面进行了分析、比较。其次科学地分析了氢燃料电池的直排流通模式、死端模式,以及基于清洁能源的典型车用燃料系统——氢燃料电池氢气供应系统的工作原理和各项性能。通过对比,证明氢燃料电池氢气供应系统的安全性、可靠性及其在目前车用燃料电池方向上具有独特优势。最后该文对未来燃料电池的发展进行了展望。     

供氢剂与分散型催化剂在渣油裂化反应中的应用

对分散型催化剂和供氢剂对辽河减压渣油热裂反应、临氢热裂化反应以及加氢裂化反应的作用进行了研究，考察了分散型催化剂、供氢剂在单独或共用时对渣油裂化反应的影响。实验结果表明，辽河减压渣油改质中生焦量和渣油转化经的关系与具体的加工过程有关。在同样的生焦量下，渣油转化率由大到小依次为：高氢压催化供氢过程、低氢压催化供氢过程、高氢压催化过程、低氢压催化过程、临氢供氢过程、临氢过程、临氮供氢过程、临氮过程。渣油临氮裂化中，供氢剂可以在一定程度上抑制渣油生焦和裂化；分散型催化剂既可促进渣油裂化，又可作为结伙的晶种使渣油体系提前分相，生焦量急剧增加，同时对渣油中的供氢剂脱氢有促进作用。在临氢热裂化反应中。氢气的参与使渣油的裂化反应和生焦反应受到抑制，但氢气对生焦反应的抑制能力远大于对裂化反应的抑制能力。在催化加氢裂化过程中，分散型催化剂极大地抑制了生焦反应。分散型催化剂和供氢剂共用可使催化剂的活性有所提高。添加供氢剂后，裂化产物中VGO的收率增加，生焦量减少，而渣油转化率略有降低。     

供氢剂与分散型催化剂在渣油裂化反应中的作用

对分散型催化剂和供氢剂对辽河减压渣油热裂化反应、临氢热裂化反应以及加氢裂化反应的作用进行了研究 ,考察了分散型催化剂、供氢剂在单独或共用时对渣油裂化反应的影响。实验结果表明 ,辽河减压渣油改质中生焦量和渣油转化率的关系与具体的加工过程有关。在同样的生焦量下 ,渣油转化率由大到小依次为 :高氢压催化供氢过程、低氢压催化供氢过程、高氢压催化过程、低氢压催化过程、临氢供氢过程、临氢过程、临氮供氢过程、临氮过程。渣油临氮裂化中 ,供氢剂可以在一定程度上抑制渣油生焦和裂化 ;分散型催化剂既可促进渣油裂化 ,又可作为结焦的晶种使渣油体系提前分相 ,生焦量急剧增加 ,同时对渣油中的供氢剂脱氢有促进作用。在临氢热裂化反应中 ,氢气的参与使渣油的裂化反应和生焦反应受到抑制 ,但氢气对生焦反应的抑制能力远大于对裂化反应的抑制能力。在催化加氢裂化过程中 ,分散型催化剂极大地抑制了生焦反应。分散型催化剂和供氢剂共用可使催化剂的活性有所提高。添加供氢剂后 ,裂化产物中VGO的收率增加 ,生焦量减少 ,而渣油转化率略有降低。     

黄铜矿制备铜基催化剂催化甲醇水蒸气重整制氢的研究

以黄铜矿为原料,采用高温焙烧处理制备铜基催化剂用于催化甲醇水蒸气重整制氢反应,借助X射线粉末衍射仪、场发射扫描电子显微镜、H₂程序升温还原、甲醇水蒸气重整制氢试验以及原位漫反射傅里叶变换红外光谱仪等对所制催化剂进行表征。结果表明,改变焙烧温度可调节铜基催化剂中铜位点的配位结构,黄铜矿在800℃下焙烧所得催化剂的催化性能最佳。     

生物油模化物蒸汽重整制氢中催化剂的研究

连续吸附强化生物油重整制氢工艺能够实现连续高效制取氢气,对该工艺所需的颗粒状催化剂进行了制备,研究了它们对三种生物油模化物(乙醇、丙酮、苯酚)催化性能的差异.实验在固定的操作条件下进行,重整温度设定为750℃,水和碳质量比为6∶1,催化剂填充量为10 cm.结果表明,镍的加入能有效促进重整反应的进行,镁、铈、钴等助剂的添加能够提高催化剂的抗积炭性能,在所制备的催化剂中Mg-Ni/Co对三种模化物均显示出良好的催化性能.利用Mg-Ni/Co催化剂对模拟生物油进行重整制氢,其三类产氢率分别能够达到60%,70%,90%以上,且显示了良好的稳定性和再生性能.     

Ru基化合物催化制氢的研究进展

氢的存储是车载燃料电池发展的关键环节。甲醇在室温下呈液态并且储氢量达12.6wt%,然而分解甲醇制氢需要较高的温度(超过200℃)和压强(25~50bar)。最近研究者报道了利用单核钌(Ru)基化合物作催化剂,在常温常压条件下可以将甲醇分解成CO_2和H_2;利用双核Ru基化合物作催化剂,可以将多聚甲醛或甲醛与水的混合溶液有选择性地脱氢生成H_2和CO_2,但是关于Ru基化合物微观层次的催化机制还需要进一步研究。本文综述了不同配体构型和不同种类配体对催化剂活性的影响及其脱氢路径,以及催化剂的催化活性和溶液的pH值之间的关系,阐明如何改进现有单核Ru基钳型化合物和双核Ru基化合物催化剂的性能,设计催化活性更优良的新型催化剂。     

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。     

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%.