空速对平板微反应器内甲烷水蒸气重整的影响

采用计算流体力学软件FLUENT中的通用有限速率模型,应用表面反应动力学机理,对平板微反应器中Ni/r-Al2O3催化剂涂层上甲烷蒸气重整制合成气进行了二维的数值分析计算,分析了催化空速(CSV)和体积空速(GSV)对甲烷蒸气重整性能的影响.在计算过程中,忽略了甲烷的空间反应的影响,只考虑催化表面上的反应.计算结果表明,较小的催化空速和体积空速能够获得较高的甲烷转化率和氢气产量;除催化空速和体积空速外,反应通道高度对重整性能也是一个重要的影响因素.     

平板微反应器内甲烷－湿空气催化重整的数值分析研究

建立了二维稳态多组分传输反应的模型,对平板微反应器中Rh催化剂涂层上甲烷-干、湿空气催化重整制合成气进行了数值计算,并分析了采用湿空气时反应通道长度和高度对重整性能的影响.结果表明:进口速度低于2 m/s时,采用湿空气可提高甲烷转化率和产氢率,反应器出口的温度降低以及减少积碳的发生;采用湿空气时,反应通道长度增大,甲烷的转化率提高,出口氢气含量增大,出口温度相应地降低;反应通道高度增大,甲烷的转化率降低,出口氢气的含量减少,出口温度升高.     

甲醇重整制氢微反应器的研究进展

微反应器是利用精密加工技术制造出的通道特征尺寸在1～1000μm之间的微型反应器.由于拥有微小的通道尺寸和极大的比表面积,微反应器具有优异的传热传质能力和很好的防爆安全性,可以实现物料的瞬间均匀混合、高效的热能传导以及反应参数的精确控制,近年来在甲醇重整制氢反应等领域中应用前景广阔.本文首先介绍甲醇重整制氢微反应器的系...     

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.     

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.     

甲烷自热重整制氢催化剂

采用固定床微反应器装置,考察了添加稀土金属(La,Ce)和过渡金属(Zr,Cu)助剂及助剂添加量对甲烷自热重整制氢反应的影响.结果表明:添加稀土金属Ce和过渡金属Zr对Ni基催化剂反应性能有较大的提高;将Ce,Zr按不同的质量比添加到Ni基催化剂中,催化剂性能有很大的改变;Ni/Zr10Ce20A l70Oδ催化剂与Ni/Zr20A l80Oδ、Ni/Ce30A l70Oδ催化剂相比,氢气收率有一定的提高;在Ni/Zr10Ce20A l70Oδ中添加助剂Cu得到的Ni/Cu3Zr10Ce20A l67Oδ具有最好的催化性能,750℃时,CH4转化率达到100%,H2收率为72.9%,且H2的选择性达到100%.     

微反应器入口尺寸对甲烷自热重整暂态特性的影响

利用化学反应动力学机理研究了中温条件下CH₄/O₂/H₂O在微型直管反应器内的重整特性。讨论了反应器入口尺寸在0.5～5.0 mm范围之间变化时,重整产氢和甲烷转化效率的暂态特性。研究结果表明:在本文的研究范围内,当反应器尺寸变化时,无论反应中的其他物理量是否随之同比例缩放,均发现反应器尺寸越小,反应速率越快,反应越容易趋于稳定,且反应后氢气产量越高,甲烷转化率越高。     

微通道反应器内CO的选择性甲烷化净化

为了有效去除富氢重整气体中少量的CO,将4Ni-2Ru/ZrO_2双金属催化剂均匀涂布到微通道反应器中,运用CO选择性甲烷化方法来净化CO.考察了焙烧温度、催化剂的涂布方法、CTAB/Zr摩尔比和空速对催化剂性能的影响.实验结果表明:CTAB/Zr的摩尔比为0.35、空速为14286h~(-1)、每次涂布催化剂浆液后350℃下焙烧时,所制备的催化剂表现出良好的低温活性,反应温度为260℃时可将CO的出口含量降低到0.0013%(体积分数);CTAB/Zr摩尔比为0.35、每次涂布浆液后350℃下焙烧的催化剂,适宜的空速范围为13000～20000h~(-1).     

多端口进料微型管式重整制氢反应器性能研究

针对传统管式重整反应器甲烷转化率低的问题,设计了一种具有多端口进料结构的微型管式重整制氢反应器,并采用COMSOL多物理场模拟软件对该反应器的重整性能进行了计算研究,分析了反应温度、汽碳比等工作参数对其性能的影响规律。计算结果表明:当反应温度在773~973K范围内变化时,甲烷转化率以及产物中H2、CO的摩尔分数会随反应温度升高而增大;当汽碳比在2~4范围内变化时,甲烷转化率随汽碳比增大而增大,而产物中H2、CO的摩尔分数则随着汽碳比的增大而减小;沿气体流动方向,甲烷转化率和产物中H2、CO的摩尔分数受进料多端口特征的影响呈锯齿状波动变化,并呈总体上升趋势,在反应器出口处达到最大值。将多端口进料结构反应器与传统管式反应器进行比较研究,发现所提出的新结构反应器分别在600~1 100K的反应温度区间以及2~5汽碳比区间内其甲烷转化率都高于传统管式反应器;在873~973K区间内甲烷转化率可达93%左右;当汽碳比增大到4后,继续增大汽碳比对甲烷转化率的提高已无明显作用,建议合理的汽碳比区间为3~4。     

透氧膜反应器内NiO/MgO催化甲烷重整反应的途径

在透氧膜反应器内对比分析了不加催化剂和添加 1 g 9% Ni/γ -Al2O3 催化剂的甲烷重整反应实验. 结果表明, 不加催化剂时甲烷相对较惰性; 而在催化剂的作用下, 甲烷重整活性得到了较大提高, 但是催化剂易积碳. 推测甲烷重整反应路径如下: 甲烷在催化剂活性组分上发生裂解, 产生氢和碳; 生成的氢与膜表面的氧反应生成 H₂O,从而使得膜表面侧氧分压下降, 透氧量增大. 通过设计不同 Ni 含量 NiO/MgO 催化剂下的甲烷裂解和甲烷重整反应实验, 验证了以上的反应机理模型.     

“吸附增进反应过程”在天然气水蒸汽重整制氢中的应用新进展

介绍了传统工业制氢工艺存在的问题和吸附增进反应过程制氢新工艺研究的意义;对近年来影响新工艺的关键步骤——高效吸附剂的选择及工艺条件的优化进行了归纳和总结,并就目前存在的问题提出了建议和设想:合成纳米级的高温CO2吸附剂(如Li2ZrO3和Li4SiO4),优化加入吸附剂后的制氢条件,以起到简化制氢工艺过程、降低能耗的作用.     

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。     

蒙脱石负载纳米镍甘油水蒸气重整制氢

采用提升pH工艺把不同含量的镍浸渍在蒙脱石(MMT)上,分别在600、700与800℃下煅烧成型.研究Ni/MMT催化剂用于甘油水蒸气重整(GSR)制氢的效果,并通过氮气吸附、粉末X射线衍射和透射电镜对Ni/MMT催化剂进行表征.甘油水蒸气重整制氢是在1.013×105 Pa,400~600℃,固定床反应器中进行的.对不同镍含量以及煅烧温度对催化活性与产物选择性的影响进行分析.700℃煅烧的催化剂比600、800℃煅烧的催化剂拥有更好的催化活性.在700℃下煅烧的镍含量为19.89%的催化剂催化活性最好,在600℃时甘油转化率达到85%,同时氢气选择性为76%.实验结果表明,在400~600℃随着温度上升,甘油转化率上升.     

甲醇水蒸气重整制氢过程的优化分析

为强化甲醇水蒸气重整制氢反应过程,以出口甲醇转化率和氢气含量为目标考察了反应器中催化活性梯级分布和均匀分布对制氢效果的影响.利用计算流体力学软件FLUENT中的通用有限速率模型对反应器进行了二维数值研究.计算表明,可通过催化活性由低到高的梯级分布提高反应器出口甲醇转化率和氢气含量.与活性均匀分布相比,反应器中的冷点温差降低了10K,实验表明反应器出口H_2含量提高约8.5%,CO含量降低约0.19%.     

氯化氢催化氧化反应器材质研究

选取哈氏C-2000、哈氏C-4、Inconel600、Incoloy825、316 L、Ni-6及纯Ta等7种有代表性的金属材料,开展了耐腐蚀性评价实验。根据实验前后挂片失重率与厚度变化情况及挂片在催化氧化反应体系中的腐蚀速率,确定了不同金属材料在氯化氢催化氧化反应体系中的耐腐蚀性。实验表明,Ta耐腐蚀性能最好,耐腐蚀率为0.309 3 g/(dm2·月)、0.053 0 mm/年;其次为Inconel 600,耐腐蚀率为0.566 8 g/(dm2·月)、0.230 2 mm/年。     

微型管道内氢气催化燃烧的数值模拟

根据空间气相和表面催化详细化学反应机理,应用耦合计算流体力学软件Fluent和化学反应动力学软件Chemkin,对氢气和空气的预混合气体在微型管道内的催化燃烧过程进行数值模拟,并讨论不同反应模型的燃烧特性以及导热壁、管壁材料(Pt,Si和Al)、预混合气体入口速度和当量比等因素对催化燃烧反应的影响.计算结果表明:表面催化反应对空间气相反应有抑制作用;在微型管道内,通过导热壁轴向间的传热,预热入口混合气体,使氢气燃烧更加充分;随着入口速度的增大,燃烧过程同时存在着表面催化反应和空间气相反应两种控制因素;管壁材料和当量比对氢气的催化燃烧过程有重要的影响.计算结果为在微动力机电系统中实现催化燃烧以及扩展燃烧极限提供了理论依据.     

二甲醚部分氧化重整反应制氢的研究

DME作为"氢载体"可储存与输运氢,但如何由DME转化制氢则少有研究。研究了高温条件下DME部分氧化重整制氢的可能性,发现以Pt/Al2O3和Ni-MgO作为双床层催化剂,在700℃可以有效地由DME生产H2,H2收率可达90%以上。对催化剂作用方式的考察发现,Pt/Al2O3能够催化DME部分氧化,并且可以抑制DME的热分解,而Ni-MgO能够催化DME与CH4的重整反应,从而进一步提高H2的收率。由于DME部分氧化重整反应的主要产物是H2和CO,此产物更适合高温燃料电池如SOFC的应用。SOFC能效高,环境友好,无腐蚀,维护简单,可以满足分散式区域供电的需求,具有广阔的应用前景。     

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.     

催化壁面对微型燃烧腔内甲烷燃烧影响的数值模拟

为研究不同催化壁面对燃烧的影响,采用甲烷和空气预混催化燃烧方式,运用连续介质层流有限速率模型和二阶离散方法对微型燃烧腔内不同催化壁面对甲烷催化燃烧的影响进行了三维数值模拟.结果表明,壁面温度、甲烷与氧气摩尔比和甲烷质量流量变化时,下催化壁面对甲烷催化燃烧效率影响最大,侧面次之,上催化壁面最小.下催化壁面单位面积催化燃烧效率约是上催化壁面的3倍,其催化剂利用率也最高.涂敷催化剂时,下底面应适当多涂,侧面适量,上底面尽量少涂.得到了不同催化壁面对甲烷催化燃烧的影响规律和贡献率,提出了涂覆催化剂的优化策略,降低催化燃烧成本.     

乙醇重整制氢对邻氯硝基苯的原位加氢合成邻氯苯胺的研究

制备了两种PVP稳定的负载型稀土金属催化剂, 考察了其催化邻氯硝基苯（o-CNB）选择加氢制备邻氯苯胺（o-CAN）的催化性能. 所用氢气通过乙醇的液相催化重整产生并直接用于邻氯硝基苯的原位加氢. 评价了不同反应条件（温度、时间、Fe修饰剂等）对邻氯硝基苯的选择加氢的影响. 研究表明, PVP-La/γ-Al2O3催化剂比另一贵金属催化剂PVP-Pd/γ-Al2O3拥有更好的催化性能. 同时, 在优化的条件下, Fe修饰的PVP-La/γ-Al2O3催化剂催化的邻氯硝基苯选择加氢反应中, o-CNB的转化