高通量技术研制开发甲醇制丙烯催化剂

采用高通量催化剂评价技术,筛选开发了具有高活性高选择性的甲醇制丙烯反应（MTP催化剂．分别以商品和自制ZSM-5沸石为对象,详细研究了沸石硅铝比,晶粒大小对丙烯收率和选择性的影响,并对ZSM-5沸石进行了酸改性和孔道结构改性等优化处理,得到了性能优异的MTP催化剂．研究表明,复合改性后催化剂的甲醇转化率为100％,丙烯收率最高可以达到42％以上;在470℃,WHSV=2h,甲醇浓度为60％时,催化剂寿命超过700h．     

多孔整体催化剂的制备与表征

采用溶胶-凝胶技术,以正硅酸乙酯（TEOS）及高分子量的聚乙二醇（PEG）为主要原料。同时在骨架中引入Al原子,制备了具有大孔、介孔和微孔的相互贯通的多孔整体催化剂载体。采用扫描电镜、物理吸附和红外扫描对载体进行了表征。通过浸渍法负载活性组分铜、锌、锆,制得了催化剂,在固定床微反应器上,对甲醇脱氢反应进行了评价,得到Cu—ZnO—ZrO2型催化剂的催化效果要稍好于其它2种。     

直接甲醇燃料电池双极板冷却通道的热设计

将单个直接甲醇燃料电池的固体骨架看成开口系统,燃料电池稳定运行时的热负荷由阳极反应、阴极反应和甲醇直接氧化反应产生的3部分热量组成,利用热力学原理将其计算.在双极板上设置平行的冷却通道,将电池电化学反应产生的热量及时排出,有利于燃料电池的稳定运行.根据燃料电池中燃料、氧化剂的流向和冷却通道内冷却水流向的不同,冷却水和壁面的换热分别在恒热流密度和恒壁温热边界条件下进行.计算了2种情况下冷却通道壁面的温度和换热系数.结果表明,前者的换热效果要比后者好,但是,后者保证了工作层面具有恒定的温度,更有利于直接甲醇燃料电池的稳定运行.     

增压直喷甲醇汽油机在不同喷油时刻下的微粒排放特性研究

为研究增压直喷甲醇汽油机在不同喷油时刻下的微粒排放特性,在一台增压直喷汽油机上进行了不同喷油时刻下燃用M0,M10,M15和M20(甲醇体积分数分别为0%,10%,15%和20%的甲醇汽油混合燃料)的微粒排放测量试验。结果表明：微粒数量浓度粒径谱密度呈双峰分布,核态微粒峰值粒径主要集中在23.71-27.38 nm,积聚态微粒峰值粒径主要集中在64.94-86.6 nm,各模态微粒峰值变化与数量浓度变化相同,随喷油时刻的推迟先下降后上升,在80°CA ATDC(进气上止点后)喷油时最少,随甲醇比例的增大先升高后降低,燃用M15时最多;燃用纯汽油M0时,发动机在100°CA ATDC喷油时排放微粒最多,燃用甲醇汽油混合燃料时,发动机在40°CA ATDC喷油时排放微粒最多;微粒表面积浓度粒径谱密度均呈单峰分布,峰值粒径主要集中在86.6-153.99 nm,总表面积浓度变化与总数量浓度变化相同,但变化幅度更大。     

Key technologies for polymer electrolyte membrane fuel cell systems fueled impure hydrogen

Hydrogen energy and polymer electrolyte membrane (PEM) fuel cells become concerned issues in recent years. Nevertheless, the construction of hydrogen refueling infrastructure and hydrogen storage and transportation constrains the commercial development of fuel cells. In this review, sources, production, storage, transportation, and purification methods of hydrogen are extensively reviewed and compared. The advantages of utilizing industrial by-product hydrogen and steam reforming gas in PEM fuel cell systems are analyzed. Using industrial wasted hydrogen can significantly reduce the cost of hydrogen. Also, it is indicated that the onboard hydrogen generation by steam methanol reforming can solve the difficulties of efficient storage and transportation of gaseous hydrogen, which means that methanol has great potential to be a convenient carrier of hydrogen. The effects of impurities contained in the reformate gas are generally introduced. After the methanol steam reforming and pretreatment purification processes, the reformate gas can be fed to PEM fuel cells. Thus, a fuel cell system integrated with onboard hydrogen production and impure hydrogen treatment subsystems is introduced, and key technologies therein for pretreatment purification and in-situ poisoning mitigation methods are reviewed. Finally, suggestions are proposed for further studies.     

金属锌改性HZSM-5催化的固定床反应器中甲醇芳构化工艺条件优化研究

通过等体积浸渍法制备了Zn改性的HZSM-5催化剂,并在连续流动固定床反应器上研究了Zn-HZSM-5催化剂的甲醇芳构化性能。结合X射线衍射(XRD)、吡啶吸附傅立叶变换红外光谱(Py-IR)、N2吸附-脱附方法对金属锌改性HZSM-5催化剂进行了表征。考察了Zn负载量和操作条件对甲醇芳构化反应的影响,并针对甲醇芳构化反应过程中强放热导致催化剂床层温升过高而使催化剂结焦失活的现象,探讨了催化剂床层温度控制的影响因素。研究结果表明,锌改性HZSM-5的最佳负载量(质量分数)区间为2%~3%;2.5%Zn-HZSM-5催化的固定床反应器中甲醇芳构化的最优工艺条件为常压,400~430℃,甲醇质量空速小于2 h-1;降低甲醇水溶液中甲醇物质的量比、加大气相空速中氮气分压均能降低催化剂床层的温升。     

瓦斯液相催化氧化制甲醇实验研究

以瓦斯为原料制备甲醇的实验研究,可以充分利用瓦斯资源。采用苯酐-尿素法制备了酞菁铜/分子筛复合物CuPc/Y,进一步将金属钯担栽在CuPc/Y上制备了0.5%Pd-CuPc/Y复合物。以0.5%Pd-CuPc/Y为催化剂、醋酸水溶液为溶剂进行了瓦斯液相催化氧化制甲醇的实验研究。结果表明:甲醇的生成量与反应压力、反应温度、催化剂用量、溶剂的酸度、反应时间存在正相关关系,与对苯醌添加量总体上也遵循正相关规律。在瓦斯初始反应压力4 MPa、催化剂用量2 g、溶剂中CH_3COOH与H_2O体积比4:1、对苯醌用量1 000μmol、反应时间3 h、反应温度130℃的条件下,甲醇的生成量为2 754μmol。分析瓦斯液相催化氧化制甲醇的反应机理,认为0.5%Pd-CuPc/Y在醋酸溶液中催化瓦斯选择氧化制甲醇反应同时遵循亲电取代机理和活性氧物种氧化机理。     

不同比例甲醇汽油掺烧性能试验研究

对M10、M15、M50甲醇汽油以及93#汽油在GW491QE发动机上进行发动机性能台架试验研究。扭矩始终保持在60N·m,转速从1 000r/min增加到3 000r/min,记录相应数据,分别绘制动力性、经济性和排放性能曲线,对比分析,探讨影响GW491QE发动机性能的因素,选出能在GW491QE发动机上实际应用的合适掺烧比例甲醇汽油。试验结果表明:在中低转速时,3种甲醇汽油的功率与93#汽油基本相同,即动力性与93#汽油大致保持一致;燃油经济性降低大约6%~10%;3种甲醇汽油的HC和CO排放均降低,M15改善最为明显;NOx排放有所降低。综合考虑GW491QE发动机的动力性、经济性和排放性能,M15甲醇汽油为较好的实际应用比例。     

甲醇含量对二甲醚发动机性能和排放的影响

通过在纯二甲醚中掺混甲醇,研究燃料成分中甲醇含量的变化对二甲醚发动机性能和排放的影响。结果表明,随着甲醇含量的增加,二甲醚发动机的燃油消耗率增大、排气温度升高,HC、CO等气体排放增加,NO_x排放减少,发动机低负荷运行时影响更为显著;当甲醇含量高于3%时,二甲醚发动机HC排放显著增大,从发动机性能和尾气排放方面综合考虑,车用二甲醚燃料成分中甲醇含量以不高于3%为宜。     

甲醇催化重整制氢反应器的二维模拟及管径的选取

以甲醇裂解和甲醇水蒸气重整制氢作为平行的独立反应,CO、CO2为关键组分,建立了甲醇催化重整制氢反应器的二维数学模型,用正交配置法计算了催化床内各组分浓度及床层温度随径向和轴向的分布。考察了反应管管径变化对反应器性能的影响。在整个床层催化剂装填量及反应操作条件均不变的情况下,反应管管径增加,催化床层的出口温度降低,径向温差加大,氢气的时空产率略有降低,但所需的反应管根数迅速减少。