甲醇水蒸气重整制氢CuO/CeO2-ZrO2/SiC整体催化剂的研究

采用浸渍法和溶胶凝胶法制备了CuO/CeO₂-ZrO₂/SiC整体催化剂，并将其用于甲醇水蒸气重整制氢反应中。结果表明，与CuO/CeO₂-ZrO₂颗粒催化剂相比，CuO/CeO₂-ZrO₂/SiC整体催化剂催化活性较好，产氢速率较快且重整气中CO体积分数较低。进一步探究了涂层涂覆量和CuO负载量对催化性能的影响，结果表明，当CeO₂-ZrO₂复合氧化物涂层涂覆量在15%±1%，CuO负载量为5%±1%时，催化性能较好；当反应温度为340℃，水醇物质的量比为1.2，甲醇水蒸气气体空速为4840 h^-1时，甲醇转化率为86.0%，产氢速率为1490.0 L/（m³·s），重整气中CO体积分数为1.55%。最后通过单因素实验法探究了甲醇水蒸气气体空速、水醇物质的量比和反应温度对反应的影响。结果表明，随着气体空速变大，甲醇转化率下降，产氢速率上升，重整气中CO体积分数下降。随着水醇物质的量比增加，甲醇转化率先上升后下降，产氢速率先上升后下降，重整气中CO体积分数下降。随着反应温度的升高，甲醇转化率、产氢速率和重整气中CO体积分数均上升。     

甲醇水蒸气重整制氢CuO/CeO2-ZrO2/SiC整体催化剂的研究

采用浸渍法和溶胶凝胶法制备了CuO/CeO2-ZrO2/SiC整体催化剂,并将其用于甲醇水蒸气重整制氢反应中。结果表明,与CuO/CeO2-ZrO2颗粒催化剂相比,CuO/CeO2-ZrO2/SiC整体催化剂催化活性较好,产氢速率较快且重整气中CO体积分数较低。进一步探究了涂层涂覆量和CuO负载量对催化性能的影响,结果表明,当CeO2-ZrO2复合氧化物涂层涂覆量在15%±1%,CuO负载量为5%±1%时,催化性能较好;当反应温度为340℃,水醇物质的量比为1. 2,甲醇水蒸气气体空速为4840 h-1时,甲醇转化率为86. 0%,产氢速率为1490. 0 L/(m3·s),重整气中CO体积分数为1. 55%。最后通过单因素实验法探究了甲醇水蒸气气体空速、水醇物质的量比和反应温度对反应的影响。结果表明,随着气体空速变大,甲醇转化率下降,产氢速率上升,重整气中CO体积分数下降。随着水醇物质的量比增加,甲醇转化率先上升后下降,产氢速率先上升后下降,重整气中CO体积分数下降。随着反应温度的升高,甲醇转化率、产氢速率和重整气中CO体积分数均上升。     

甲醇水蒸气重整制氢CuAl2O4催化材料的研究

以γ-Al₂O₃为原料采用原位合成法制备CuAl₂O₄催化材料，通过XRF、XRD、BET和H₂-TPR等手段对催化材料进行表征，考察铜铝物质的量比对CuAl₂O₄催化材料结构、性质及其催化甲醇水蒸气重整制氢性能的影响。结果表明，不同铜铝物质的量比主要影响了铜物种的还原性能，从而影响了其催化甲醇水蒸气重整制氢的性能。当铜铝物质的量比为1：2时，CuAl₂O₄催化材料的催化性能较好，在反应温度为260℃，水醇物质的量比为1.2，甲醇气体空速为800 h^-1时，甲醇转化率为100%，产氢速率为895 mL/（kg·s）。     

载体焙烧气氛对甲醇水蒸气重整制氢CuO/CeO2催化剂的影响

采用沉淀法和浸渍法制备了具有氧空位的CeO₂纳米材料和甲醇水蒸气重整制氢CuO/CeO₂催化剂,探索不同焙烧气氛对CeO₂纳米材料结构、性质和甲醇水蒸气重整制氢性能的影响。采用SEM、XRD、BET、H₂-TPR、N₂O滴定和XPS等手段对催化剂进行了表征。结果表明,CuO/CeO₂催化剂的催化活性与催化剂的Cu比表面积大小、Cu-Ce的相互作用强弱、表面缺陷和表面氧空位的多少有关。其中,在氢气气氛下焙烧所得的CeO₂负载CuO后的CuO/CeO₂-H催化剂催化活性最佳。在反应温度为250℃,水醇物质的量比为1.2时,甲醇气体空速为800 h^-1,甲醇转化率达到了100%,重整尾气中CO含量为0.87%。     

板式反应器中甲醇自热重整制氢的研究

自行研制了一种高效的板式反应器，集预热、气化、重整、催化燃烧反应于一体。在该反应器中进行了一系列甲醇自热重整制氢实验，考察了反应器床层的温度分布及氧醇比、水醇比对甲醇重整制氢过程的影响。实验中重整温度保持在450 ℃～650 ℃，当甲醇的气体空速为4 000 h－1时，产生重整气3 m3/h～5 m3/h(重整气中氢气浓度44.0%～50.0%，CO浓度为10.0%～12.0%，产氢率为1.5m3／kg(CH3OH)，系统处于常压。     

CuO/CeO2-ZrO2/SiC整体催化剂催化甲醇水蒸气重整制氢的研究

采用溶胶凝胶法制备了CeO₂-ZrO₂固溶体载体涂层, 再经浸渍法制备了高空速下性能较好的甲醇水蒸气重整制氢xCuO/CeO₂-ZrO₂/SiC整体催化剂. 采用X射线衍射(XRD)、比表面积测试(BET)、H₂程序升温还原(H₂-TPR)和X射线光电子能谱(XPS)等手段对催化剂进行了表征, 结果表明, 催化剂活性主要与Cu比表面积、活性组分与载体之间相互作用以及氧空穴量有关. 其中5%CuO/CeO₂-ZrO₂/SiC整体催化剂的Cu比表面积较大, 活性组分CuO与CeO₂-ZrO₂固溶体氧化物之间相互作用较强, 氧空穴量较多, 因此表现出较好的催化性能. 在反应温度为360 ℃、水醇物质的量比为1.2、甲醇水蒸气气体空速为4840 h^–1的条件下, 甲醇转化率为89.9%, 产氢速率为1556 L•m^–3•s^–1. 与传统颗粒催化剂相比, SiC基整体催化剂的产氢速率更高, 更适用于高空速下的甲醇水蒸气重整制氢反应, 有利于小型化制氢反应器的集成.     

甲醇水蒸气重整制氢CuAl2O4催化材料的研究

以γ-Al_2O_3为原料采用原位合成法制备CuAl_2O_4催化材料,通过XRF、XRD、BET和H_2-TPR等手段对催化材料进行表征,考察铜铝物质的量比对CuAl_2O_4催化材料结构、性质及其催化甲醇水蒸气重整制氢性能的影响。结果表明,不同铜铝物质的量比主要影响了铜物种的还原性能,从而影响了其催化甲醇水蒸气重整制氢的性能。当铜铝物质的量比为1∶2时,CuAl_2O_4催化材料的催化性能较好,在反应温度为260℃,水醇物质的量比为1.2,甲醇气体空速为800 h~(-1)时,甲醇转化率为100%,产氢速率为895 mL/(kg·s)。     

Pt/Al2O3整体催化剂上选择性氧化脱除甲醇重整氢源中CO --副反应对CO脱除效果的影响分析

移动甲醇重整制氢是质子交换膜燃料电池（PEMFC）可行的供氢方式之一,包括水蒸气重整、部分氧化重整和自热重整。甲醇重整制氢方法不同,重整气体积组成在H245％～75％,CO215％～25％,CO1％～10％,H2O10％～20％和N20—20％变化。重整气进入PEMFC之前要经过CO水蒸气变换反应（如果采用水蒸气重整,不需要变换过程）,     

水热合成温度对CuO/CeO2催化甲醇水蒸气重整制氢性能的影响

以Ce（NO₃）₃·6H₂O为铈源，尿素为沉淀剂，采用水热法制备纳米CeO₂载体，并通过改变水热合成温度来控制CeO₂载体的微观结构，再通过等体积浸渍法制得CuO/CeO₂催化材料，并将其应用在甲醇水蒸气重整制氢反应（MSR）中进行性能评价。通过低温N2吸附-脱附、XRD、H₂-TPR、XPS等表征，探究了不同水热合成温度对纳米CeO₂载体的微观结构、CuO/CeO₂催化材料结构和甲醇水蒸气重整制氢反应性能的影响。结果表明，在水热合成温度为180℃条件下制备的纳米CeO₂载体具有立方萤石结构，且负载CuO后制备的CuO/CeO₂催化材料中表相CuO的还原温度较低、Cu-Ce间的相互作用较强、催化材料表面氧空穴较多，因此，表现出较好的催化活性。当反应温度为280℃，水醇物质的量比（W/M）为1.2，甲醇水蒸气气体空速（GHSV）为800 h^...     

微型平板式反应器中甲醇水蒸气重整制氢的研究

研制了一种高效平板式微型制氢反应器,将甲醇重整和催化燃烧集于一体,吸热、放热合理耦合,实现快速启动和制氢过程自热运行;在反应器中进行甲醇水蒸气重整实验,考察了反应器腔内的温度分布,以及温度、空速和水醇比对制氢过程的影响。结果表明,当温度为270℃,空速为870h-1,水醇比为1.3时,甲醇转化率最高为94.85%,重整气组成为74.53%H2、1.76%CO、23.71%CO2;累计运行400h,重整最大产氢量接近6000mL/h,可为便携式燃料电池提供稳定氢源。     

Reaction parameters influence on the catalytic performance of copper-silica aerogel in the methanol steam reforming

Steam reforming of methanol was carried out on the copper-silica aerogel catalyst.The effects of reaction temperature,feed rate,water to methanol molar ratio and carrier gas flowrate on the H_2 production rate and CO selectivity were investigated.M ethanol conversion was increased considerably in the range of about 240-300,after which it increased at a slightly lower rate.The used feed flowrate,steam to methanol molar ratio and carrier gas flowwere 1.2-9.0 m L/h,1.2-5.0 and 20-80 m L/min,respectively.Reducing the feed flowrate increased the H_2 production rate.It was found that an increase in the water to methanol ratio and decreasing the carrier gas flowrate slightly increases the H2production rate.Increasing the water to methanol ratio causes the lowest temperature in which CO formation was observed to rise,so that for the ratio of 5.0 no CO formation was detected in temperatures lower than 375℃.In all conditions,by approaching the complete conversion,increasing the main product concentration,increasing the temperature and contact time,and decreasing the steam to methanol ratio,the CO selectivity was increased.These results suggested that CO was formed as a secondary product through reverse water-gas shift reaction and did not participate in the methanol steam reforming reaction mechanism.     

Catalytic behaviors of Co-Mn/TiO2 catalysts for Fischer-Tropsch synthesis

The 15%(Co-Mn)/TiO₂,(Co/Mn=1/6) catalyst was prepared using fusion procedure and studied for the conversion of synthesis gas to C_2~4 olefins. The effects of calcination conditions and operation conditions such as the H₂/CO molar feed ratio at different temperatures, gas hourly space velocity (GHSV) and total reaction pressure on the catalytic performance of catalyst were investigated. The stability of the catalyst during 150 h at optimal operation conditions (t=250 ℃ H₂/CO=2/1, GHSV=1 500 h^-1 and p=0.3 MPa) has been investigated. It is found that this catalyst is high stable for production C_2~4 olefins. Characterizations of both precursors and calcined catalysts by powder X-ray diffraction, scanning electron microscopy (SEM), Brunauer-Emmett-Teller (BET) specific surface area measurement and thermal analysis methods such as thermal gravimetric analysis (TGA) and differential scanning calorimetry (DSC) show that the different preparation method influences the catalyst precursor structure and morphology.     

铈源对甲醇水蒸气重整制氢CuO/CeO2催化剂的影响

采用沉淀法合成了CeO_2载体,再经浸渍法负载活性组分得到CuO/CeO_2催化材料,探究了铈源(Ce(NO_3)_3·6H_2O、Ce Cl_3·6H_2O、Ce(NH_4)_2(NO_3)_6、Ce(SO_4)_2·4H_2O)对CuO/CeO_2催化性能的影响。通过采用XRD、SEM、N_2O滴定、BET和H_2-TPR等表征手段对催化材料的结构和性质研究发现,四种铈源合成的CuO/CeO_2催化材料在Cu比表面积、还原性能以及活性组分和载体间的相互作用方面存在着明显差别。其中,由Ce(NO_3)_3·6H_2O合成的CuO/CeO_2催化材料的Cu比表面积较大,CuO还原温度较低,CeO_2载体与CuO之间相互作用较强,在甲醇水蒸气重整反应过程中,表现出较佳的催化活性,在反应温度为553 K,水醇比n(H_2O)/n(MeOH)为1.2,甲醇水蒸气气体空速(GHSV)为1760 h~(-1)时,甲醇的转化率为100%,重整气中CO摩尔含量为0.84%。     

循环流化床富氧气化实验研究

在循环流化床富氧气化实验台上,通过调节水蒸气流量使气化温度基本稳定在910℃,研究了不同氧气浓度及气化当量比对煤气组分、产气率、冷煤气效率及碳转化率的影响。结果表明,氧气浓度从25%增加至40%时,N2体积分数从48.82%降低至33.83%,H2从21.47%不断增加至27.59%,CH4基本不变;受水蒸气流量影响,氧气浓度高于35%时,CO体积分数降低,CO2体积分数增加;氧气浓度40%时的煤气热值为空气气化煤气热值的1.84倍,产气率随氧气浓度增加从2.35 m3/kg降至2.13 m3/kg,冷煤气效率和碳转化率不断增大;当气化当量比从0.20增加至0.29时,N2体积分数先降低后升高,H2体积分数从24.01%增加到25.46%后基本保持不变,CO和CH4持续减小,CO2不断增加,产气率由1.94 m3/kg升高到2.29 m3/kg;受水蒸气和气化当量比综合影响,冷煤气效率先增大后减小,碳转化率持续增加。     

甲烷自热重整制氢的热力学和动力学分析

对甲烷自热重整进行了系统的热力学分析,并采用预混合层流模型结合甲烷氧化、蒸汽重整、干重整机理对反应过程进行了动力学分析。结果表明,甲烷自热重整的平衡产物及其浓度主要受温度、O₂/CH₄、H₂O/CH₄的影响;压力影响不是十分明显,主要影响达到平衡的速度。在715℃~730℃、压力0.7MPa~1.0MPa,控制O₂/CH₄在0.60~0.70、H₂O/CH₄在3.15~3.25,可以得到H₂>68%、CO<10%的产物气,积炭率接近于0。动力学分析表明,自热重整过程分为两个主要阶段进行,在起始阶段主要发生甲烷氧化反应,产物主要为H₂O和CO₂;第二阶段以甲烷蒸汽重整反应为主,伴随水气变换反应（WGS）和微弱的干重整,H_2、CO和CO₂为主要产物。调节初始水浓度可以控制快速氧化阶段反应速率,避免“热点”出现,抑制CO的生成。     

两段式固定床富氧－水蒸气气化实验研究

以玉米芯颗粒为原料在两段式固定床气化装置上进行了气化实验,考察了当量比ER、富氧浓度OC和水蒸气配比S/B对气化温度、气化气组分、低位热值、气体产率、气化效率和碳转化率等参数的影响,并比较了两段式固定床与传统下吸式固定床的气化特性。实验结果表明,当量比为0.27时H₂的体积分数、CO的体积分数和气化效率达到最大值;增加富氧浓度能优化气化效果,但富氧浓度大于90%后,燃气质量和气化效率均提高不大;增加S/B能提高H₂的体积分数,但同时会降低CO的体积分数、气体热值、气化效率;当S/B为0.6时,氢气的体积分数达最高值33.3%,H₂/CO比为1.32;相比于传统固定床,两段式固定床气化可明显提高气化温度、氢气的体积分数、碳转化率和气化效率,降低焦油含量。     

煤炭解耦燃烧过程N迁移与转化Ⅲ:多组分气相化学反应实验

在理想平推流反应器中进行了模拟热解气对模拟烟气中NO、N₂O的还原实验研究,考察了反应温度、过剩空气系数,模拟热解气中CH₄、CO、H₂、NH₃入口浓度与模拟烟气中NO、N₂O入口浓度对NO、N₂O与总氮转化率的影响。结果表明,向NH₃添加可燃气体CO、H₂、CH₄可使NO还原窗口向低温方向移动150~200 K,该温度窗口为1 073~1 223 K;但NH₃-CO-H₂-CH₄-O₂体系对NO、N₂O的还原分解作用依赖于体系的O₂浓度,仅在富燃料情形(过剩空气系数λ为0.6)下可分别达60.6%、100%的NO、N₂O脱除率;在反应温度1 073~1 223 K及过剩空气系数λ为0.6条件下,较高的热解气CH₄、CO、H₂浓度可增加NO排放,但有利于还原N₂O;增加NH₃入口浓度可增加NO分解率。     

焙烧温度对Ni-Mg基蜂窝状催化剂生物燃气重整调变性能的影响

采用浸渍法制备了Ni、Mg双金属负载在堇青石表面形成的蜂窝状催化剂,研究了焙烧温度对催化剂结构和生物质粗燃气重整反应性能的影响.结果表明,在不同焙烧温度下主要有NiO和NiMgO₂固溶体物相生成.相比于其他焙烧温度,催化剂在650 ℃焙烧温度下更有利于镍活性金属位的分散和活性位数量的增加.在干重整反应条件下,CH₄、CO₂的转化率以及H₂、CO产率随焙烧温度的升高呈现先增加后降低的变化趋势,在650 ℃焙烧温度下达到最高.在水蒸气重整反应条件下主要发生烃类产物与H₂O和CO₂的重整反应以及水煤气变换反应,焙烧温度的升高有利于水煤气反应的进行.此外,焙烧温度对于干重整反应条件下的H₂/CO体积比调节影响较小,而对于水蒸气重整反应条件下的H₂/CO体积比可进行选择性调节.