二甲醚部分氧化重整制氢的实验研究

应用自制二甲醚(DME)部分氧化重整制氢实验装置,研究了温度、空醚比、DME进气流量、催化剂用量和重整器管内径对DME转化率和H2产率的影响。结果表明,常压下,在300℃～500℃,随着温度升高,DME转化率和H2产率增大,DME转化率的最大值接近100%,H2产率的最大值约为95%,产气中H2、CO和CH4的体积分数增大,CO2和DME的体积分数减小。空醚比从0.5增大到3.0时,DME转化率和H2产率增大,产气中H2和CO的体积分数先增后减。增大DME进气流量,DME转化率、H2产率、产出的气体中H2和CO的体积分数都减小。增加催化剂用量、减小重整器管内径都能增大DME转化率和H2产率。     

固体酸催化剂对二甲醚水蒸气重整制氢过程的影响

将 HZSM-5 (n(SiO2)/n(Al2O3) = 25, 38, 50 和 93.5), HM, Hβ, HY 和γ-Al2O3 等多种固体酸催化剂用于二甲醚(DME)水解, 并将其分别同自制的 CuO/ZnO/Al2O3 催化剂进行机械混合, 制备双功能催化剂并用于 DME 水蒸气重整制氢反应. 结合 NH3 程序升温脱附表征手段, 考察了固体酸催化剂酸性位的强度、酸量及种类对 DME 水解和重整反应的影响;结合热重-差热扫描量热分析表征手段, 研究了 HZSM-5(93.5)和γ-Al2O3 在 DME 水解过程中的稳定性. 在此基础上, 进一步研究了固体酸催化剂对 DME 重整制氢反应中 DME 转化率、H2 摩尔产率以及含碳气体产物选择性的影响. 结果表明, 固体酸催化剂的酸性位的强度和酸量对 DME 重整制氢过程具有显著的影响, 强酸度和高酸量无益于 DME 水蒸气重整制氢;以 HZSM-5 为固体酸的双功能催化剂具有较好的低温活性, 而以γ-Al2O3 为固体酸的双功能催化剂在高温下具有较高的 H2 产率.     

二甲醚水蒸气重整制氢的ZSM-5和Cu-Zn的复合催化体系

二甲醚水蒸气重整制氢反应是燃料电池理想的供氢方式之一.探讨了二甲醚水蒸气重整过程中的反应与反应、反应与传热的耦合协同效应.采用二甲醚水解催化剂ZSM-5(硅铝比为25)和甲醇水蒸气重整催化剂(Cu-Zn系列及商用Cu-Zn-Al催化剂)混合制得二甲醚水蒸气重整的复合催化剂.在固定床反应装置中评价了催化剂活性并对催化剂进行了透射电镜、X射线衍射及N2吸附表征.结果表明,复合催化剂的活性除了受催化剂组成和铜含量的影响外,还与Al和Zr的量有关.在Cu:Zn摩尔比为60:30时,Al和Zr的同时加入使催化剂中Cu晶粒分散最好,催化剂具有较高的低温活性,二甲醚在空速为4 922 ml/(g·h)和260℃下的转化率达到72%.     

Cu-Ni/γ-Al_2O_3双功能催化剂上二甲醚水蒸气重整制氢

用沉积-沉淀法分别制备了Cu/γ-Al2O3、Ni/γ-Al2O3和Cu-Ni/γ-Al2O3催化剂,并研究了它们在二甲醚水蒸气重整(DMESR)制氢反应中的催化性能.采用比表面积测定(BET)、X射线衍射(XRD)、H2程序升温还原(H2-TPR)、X射线光电子能谱(XPS)、NH3程序升温脱附(NH3-TPD)、程序升温氧化(TPO)和透射电子显微镜(TEM)等表征手段对催化剂的物相结构、微观形貌、还原性能、表面酸性和积炭特性等进行了研究.结果表明:Cu、Ni均为二甲醚水蒸气重整制氢的活性组分,Cu、Ni和γ-Al2O3之间存在着相互作用;镍的加入可以有效地提高铜组分在γ-Al2O3上的表面富集与分散,优化铜组分的分布状态,促进CuO颗粒的细小化,并可增强铜组分和载体之间的相互作用,有效地防止铜晶粒的团聚,从而提高催化剂的活性及稳定性;铜的加入可以改善催化剂中金属镍的分散性,减少镍颗粒的尺寸,降低催化剂对CH4的选择性,提高催化剂的H2产率,并在一定程度上抑制了积炭的形成与沉积.在350℃的温度下,反应进行100h后,Cu-Ni/γ-Al2O3催化剂仍保持95%的二甲醚转化率,说明该催化剂具有较好的活性和稳定性.     

La_2O_3/γ-Al_2O_3催化剂用于二甲醚二氧化碳重整制氢

采用等体积浸渍法制备了不同负载量的La2O3/γ-Al2O3催化剂,并考察了负载量和反应温度对催化剂用于二甲醚二氧化碳重整制氢反应的性能影响。结果表明,反应温度为550℃、La2O3负载量为15%时,催化剂表现出最好的性能:二甲醚的转化率为100%,二氧化碳的转化率达到85.4%,产物氢气的选择性高达93.3%,一氧化碳的选择性为76.04%,副产物甲烷的选择性仅为6.3%。550℃时其平均积炭速率为1.387 5 mg/(g·h)。研究还利用XRD、BET、TEM、TG等方法对催化剂进行了表征。     

Ni-Fe催化剂乙醇部分氧化制氢的研究

研究了Ni Fe催化剂对乙醇部分氧化制氢反应,系统地考察了不同O2/C2H5OH摩尔比及反应温度下催化剂的性能.发现Ni Fe催化剂对乙醇部分氧化制氢具有较好的催化活性,其中组成为Ni50Fe50催化剂最好,最佳的反应条件是O2/C2H5OH=1.0,T=573 K.XRD谱图表明催化剂主要由尖晶石结构的铁酸盐和FeNi3合金相组成. XPS结果说明,催化剂体相以还原态FeNi3合金相为主,表面以氧化态的铁酸盐为主.稳定性考察的结果表明,催化剂经40 h反应后,对氢的选择性明显下降,此时对应的FeNi3物相衍射峰强度也明显降低,表明催化剂对H2选择性的下降与FeNi3物相的转变有关.     

基于等离子体的二甲醚部分氧化重整制氢研究

应用自制的车载等离子体富氢气体制备装置,进行了二甲醚(DME)部分氧化重整制氢实验,研究了操作参数、结构参数、电极材料和电极散热特性对产物中气体组成和氢产率的影响。结果表明,常温常压下,H2的体积分数和氢产率随占空比和放电频率的增大先增大后减小,当占空比为80%和频率为170 Hz时分别达到最大;随电极直径的增大和发生腔数量的增加而增大,随正极散热能力的提高而降低;当空醚比从0.5增大到4.0时,H2的体积分数随空醚比的增大而逐渐减小,氢产率则先增大后减小,空醚比为3.5时氢产率最大;选用铱合金正极、铜质负极以及合适的发生腔半径对产氢有利。     

介质阻挡放电等离子体甲烷部分氧化重整制氢

在自制的介质阻挡放电等离子体重整制氢装置上进行了甲烷部分氧化重整制氢的实验研究. 本文研究了氧碳(O/C)摩尔比, 进气流量, 放电间隙, 放电区间长度, 填充物的直径、形状和材料, 放电电压和放电频率对甲烷转化率、氢产率和产物的选择性(H₂、CO和CO₂)的影响. 实验结果表明: 放电区域的参数对甲烷转化率有较大的影响. 甲烷转化率随着放电区域长度的增大而增大, 当放电区域长度从5 cm增大到20 cm时, 甲烷转化率从6.87%增大到22.26%, 增大率为224%. 同时, 放电区域的填充物对产氢效果有较大的影响. 当反应器填充颗粒时, 甲烷转化率比无填充物时高. 选择适当介电常数的填充物具有巨大的实际工程意义. 另外, 氢产率和氢气的选择性随着放电频率的增大而增大, 当放电频率从1.5 kHz 增大到7.0 kHz 时, 氢产率从1.10%增大到9.49%, 氢气的选择性从21.18%增大到30.06%. 实验结果将对碳氢燃料等离子体重整制氢的车载应用提供实验依据.     

Ni/Al2O3和Ni/La2O3催化剂上低温乙醇水蒸气重整制氢

 采用浸渍、热分解和氢还原等步骤制备了两种纳米晶载体催化剂Ni/Al2O3和Ni/La2O3,应用X射线衍射、X射线光电子能谱、N2吸附和扫描电镜对催化剂的体相和表面结构进行了测定,采用固定床反应器考察了催化剂对乙醇水蒸气重整制氢反应的催化性能. 实验结果表明, 15.3%Ni/La2O3催化剂对乙醇的低温水蒸气重整反应表现出较高的催化活性和稳定性. 250 ℃时乙醇的转化率已达到80.7%,氢气的选择性为49.5%; 330 ℃时乙醇的转化率达到100%,氢气的选择性可达54.3%. 16.1%Ni/Al2O3催化剂对低温乙醇水蒸气重整反应的催化活性较低.     

二甲醚水蒸气重整制氢的ZSM-5和Cu-Zn的复合催化体系（英文）

二甲醚水蒸气重整制氢反应是燃料电池理想的供氢方式之一.探讨了二甲醚水蒸气重整过程中的反应与反应、反应与传热的耦合协同效应.采用二甲醚水解催化剂ZSM-5（硅铝比为25）和甲醇水蒸气重整催化剂（Cu-Zn系列及商用Cu-Zn-Al催化剂）混合制得二甲醚水蒸气重整的复合催化剂.在固定床反应装置中评价了催化剂活性并对催化剂进行了透射电镜、X射线衍射及N2吸附表征.结果表明,复合催化剂的活性除了受催化剂组成和铜含量的影响外,还与Al和Zr的量有关.在Cu：Zn摩尔比为60：30时,Al和Zr的同时加入使催化剂中Cu晶粒分散最好,催化剂具有较高的低温活性,二甲醚在空速为4922ml/（g·h）和260℃下的转化率达到72%.     

Cu/Fe催化剂催化甲醇部分氧化制氢

采用共沉淀法制备的Cu/Fe催化剂催化甲醇部分氧化制氢结果表明，Fe的引入，有利于降低CO选择性，Cu/Fe比对催化性能有明显影响，当Cu/Fe比为2：8时，甲醇转化率最高，与其它的Cu基催化剂相比，在较宽的Cu/Fe比范围内，CO的选择性均保持在较低的水平，利用XRD，XPS等方法，对Cu/Fe催化剂进行表征，结果表明，Fe的引入，有利于活性组分Cu在催化剂表面上的分散，在反应过程中Cu组分向表面富集，因而可使得催化剂表面的Cu物种不因Fe的引入而减少。     

蒸氨法制备铜硅催化剂的二甲醚水蒸气重整制氢性能

采用蒸氨法制备出不同Cu负载量的xCu/SiO_2-AE催化剂,并将其用于二甲醚水蒸气重整制氢反应。当Cu负载量为30%(w)时,30Cu/SiO_2-AE催化剂表现出最佳的催化性能。结果显示,该方法制备的催化剂表面具有高度分散的CuO和层状硅酸铜物相,经还原后分别形成Cu~0和Cu~+物种。与常规浸渍法制备的30Cu/SiO_2-IM催化剂相比,蒸氨法制备的30Cu/SiO_2-AE催化剂具有优异的催化稳定性和活性,这与其独特的层状结构和表面Cu~0与Cu~+之间的协同作用相关。     

CuZnNi催化剂乙醇部分氧化制氢的研究

采用共沉淀法,制备了一系列CuZn、CuZnNi催化剂,考察了其对乙醇部分氧化制氢的性能;并通过XRD、TPR等手段,对催化进行了表征。实验结果表明,O2/C2H5OH比和反应温度对催化剂的性能有很大的影响,CuZnNi催化剂比不含Ni的CuZn催化剂表现出现更高的活性和选择性。     

甲醇催化氧化重整反应制氢的研究

研究了Ｃｕ／Ｚｎ／Ａｌ系列催化剂催化甲醇氧化重整反应制氢,得到活性,选择性及稳定性较好的催化剂Ｃｕ６０Ｚｎ３０Ａｌ５Ｃｅ５;并且考察了Ｃｕ６０Ｚｎ３０Ａｌ５Ｃｅ５为催化剂时,该反应的工艺条件如温度,物料配比等,当压力为０．１ＭＰａ,温度为２４０℃,ＣＨ３ＯＨ：Ｈ２Ｏ＝１：０．８,ＣＨ３ＯＨ：Ｏ２＝４：１时,甲醇的转化率达９７．７５％,在此反应条件下,反应１００ｈ后,甲醇的转化率仍在９６％以上。     

Cu／Cr催化剂上的甲醇部分氧化制氢

采用共沉淀法,制得不同配比的Cu/Cr催化剂;考察了O2／CH3OH比对甲醇部分氧化制氢（CH3OH＋1／2O2→2H2＋CO2）反应活性的影响;利用TPR、XRD、BET、N2O测定Cu表面积等手段对Cu/Cr催化剂进行了表征。活性评价结果表明,在低的O2／CH3OH比时,Cu60Cr40催化剂的活性较差,但O2／CH3OH比接近0.5时,活性较好,且氢的选择性也较高,结合表征结果推测,催化剂中的Cu^ /Cu^0比可能决定了甲醇的转化率。     

二甲醚的电催化氧化反应

 考察了负载于镓酸镧基电解质上的镍电极与镍－钐掺杂氧化铈复合电极电催化二甲醚氧化反应的特性．结果表明，反应的主要产物均为CO，H2和CH4，同时生成少量完全氧化的产物H2O和CO2．在开路电位下二甲醚发生裂解反应，生成的CO，H2和CH4三种主要产物的比例接近于1．在有电泵氧存在下，二甲醚的电催化氧化反应强烈地依赖于阳极及电解质材料的组成．Ni／La0．9Sr0．1Ga0．8Mg0．2O3界面上发生的主反应是二甲醚的部分氧化，且存在有严重的积碳现象．电极中掺入SDC（15％Sm3＋－掺杂的CeO2）后，二甲醚完全氧化性能明显增强；随着电流的增大，氢的生成速率显著减小，并生成大量的H2O．采用掺钴镓酸镧基电解质后，Ni－SDC主要表现为催化二甲醚部分氧化反应，且显著抑制了积碳的发生．Ni－SDC／La0．8Sr0．2Ga0．8－Mg0．11Co0．09O3上二甲醚电催化氧化反应的主要产物为1∶1的CO和H2．掺钴电解质引起Ni－SDC具有特殊的催化性能，可能与电解质中p型电导的存在有关．     

负载型Pt催化剂上生物质水相重整制氢

制备了Al2O3,活性炭(AC),氢型超稳Y分子筛(HUSY)和SiO2载的Pt催化剂.采用N2物理吸附、感应耦合等离子体原子发射光谱和H2化学吸附等手段对催化剂进行了表征,并考察了它们在甘油水相重整反应中的催化性能.重点研究了Pt/AC催化剂上不同多元醇、葡萄糖和其它可溶性糖的水相重整制氢反应.结果表明,在甘油水相重整制氢反应中,负载Pt催化剂的活性在低温(503K)以Pt/AC,Pt/HUSY,Pt/SiO2和Pt/Al2O3的顺序递增,然而在高温(538K)却以Pt/SiO2,Pt/HUSY,PVAC和Pt/Al2O3的顺序递增.在载体为酸性的催化剂Pt/Al2O3和Pt/HUSY上有利于烃的生成;在多元醇水相重整制氢反应中,产物氢的选择性和产率随碳数增加而降低;在葡萄糖水相重整制氢反应中,产物氢的选择性和收率随其浓度增加而降低,烃选择性在葡萄糖浓度为4.6%时最高,这与葡萄糖的缩合和降解等副反应有关.果糖比葡萄糖更难发生水相重整制氢反应.与低级糖麦芽糖和葡萄糖相比,在多糖淀粉的重整制氢反应中氢选择性和收率较高.