吸收增强式甲烷水蒸气重整制氢实验研究

利用固定床反应器对吸收增强式甲烷水蒸气重整制氢反应进行了考察,研究了温度、甲烷流量、颗粒粒径和吸收剂种类等参数对反应过程的影响。结果表明,吸收增强式制氢反应过程最佳反应温度受热力学和动力学两方面因素影响;常压下以CaO为吸收剂时,最佳反应温度为600℃~700℃;CH4流量的选取要根据反应器内吸收剂的量与吸收增强段持续时间综合比较而定; 颗粒粒径大于90 μm,分析纯CaO和新型钙基CO2吸收剂CaO/Ca12Al14O33 均能达到较好的吸收增强效果。     

甲醇水蒸气重整制氢Pd/ZnO催化剂的研究

采用并流共沉淀法制备Pd／ZnO甲醇水蒸气重整制氢催化剂,考察了Pd的质量分数和还原温度对催化剂性能的影响。结果表明,当Pd质量分数为15．9％,还原温度为573K时,催化剂有较好的甲醇转化率及二氧化碳选择性。TPR结果表明,PdO在室温下被还原为金属Pd,在440K开始有部分ZnO被还原。XRD分析结果表明,PdZn合金是甲醇水蒸气重整反应的活性中心;在21．9％Pd／ZnO催化剂上出现了Pd2Zn合金相,导致催化剂的活性下降;反应过程中还原催化剂形成PdZn合金,其活性不如相同条件下纯氢还原的。15．9％Pd／ZnO催化剂及工业铜基催化剂的初始稳定性结果显示,在8h内,15．9％Pd／ZnO催化剂上甲醇转化率保持在66％以上,而铜基催化剂的活性下降了14．4％。     

助剂对泡沫金属微反应器内二甲醚水蒸气重整制氢的影响

采用共沉淀耦合机械混合法制备了CuO-ZnO-Al₂O₃/HZSM-5双功能催化剂用于二甲醚水蒸气重整制氢的研究,结合BET、H₂-TPR、XRD、SEM等表征手段,在泡沫金属微反应器内考察助剂Cr、Zr、Ce、Co对双功能催化剂催化性能的影响。研究结果表明,加入Cr助剂后, 可以有效降低催化剂的平均孔径和还原温度,并抑制催化剂制备过程中氢氧化锌晶相的形成,催化剂的低温催化性能明显提高,二甲醚的转化率和氢收率在较低温度下即可分别达到99%和95%,表现出了良好的低温反应活性。考察了反应温度、空速和水醚比等条件对二甲醚水蒸气重整催化剂催化活性的影响,在250℃、空速3 884 mL/(g·h)、水醚比为5的条件下,CuO-ZnO-Al₂O₃-Cr₂O₃/ HZSM-5催化二甲醚水蒸气重整反应进行50 h,二甲醚的转化率维持在97%以上,催化剂的活性没有明显下降。     

Ni-Fe/蒙脱土催化剂催化乙醇水蒸气重整制氢的研究

采用浸渍法制备了一系列Ni-Fe/蒙脱土(MMT)催化剂,并应用于乙醇水蒸气重整制氢反应(ESR)。采用X射线衍射(XRD)、N_2吸附脱附分析和H_2-程序升温还原(H_2-TPR)表征手段对催化剂的物理化学性质、还原性能、碳沉积等进行了研究。结果表明,Ni-Fe/MMT催化剂中,Ni、Fe高度分散在载体MMT层间及表面,而且Fe的加入降低了Ni颗粒的粒径,增强了Ni~(2+)与载体的相互作用力。以10Ni5Fe/MMT为催化剂,在反应温度为500℃、水醇比为3∶1、空速为12 h~(-1),反应进行30 h后,乙醇转化率为100%,氢气选择性仍保持72%,副产物CO和CH_4含量明显降低。这是因为催化助剂Fe的引入,一方面,提高了Ni的分散度,使得ESR低温活性较好;另一方面,减小了Ni颗粒粒径,小颗粒的Ni有利于抑制甲烷的生成,并且Fe的加入加强了甲烷重整和水煤气变换反应,提高产物中氢气的选择性。     

蜂窝催化剂上甲醇自热重整制氢的动力学研究

400 ℃～460 ℃,400 h－1～1 600 h－1,O2/CH3OH(mol ratio)=0.10～0.25,H2O/CH3OH (mol ratio) =1.0～1.8下,通过正交实验设计方法,用BSD-2A型内循环无梯度反应器研究了Zn-Cr/CeO2-ZrO2蜂窝催化剂上甲醇自热重整制氢反应的宏观动力学。以甲醇水蒸气重整反应、甲醇分解反应和甲醇完全氧化反应为独立反应进行了研究,得出了幂指数型反应速率表达式,并根据实验结果,利用最小二乘法求解了动力学参数值。F检验表明该动力学模型是高度显著的。该多重反应动力学方程的得出为蜂窝反应器的进一步模拟、优化和设计提供了数据。     

镍负载量对乙醇水蒸气重整制氢催化性能和催化剂的影响

采用稳态实验对镍负载量对Ni/MgO催化剂在乙醇水蒸气重整反应的影响进行了研究。结果表明,在101.3kPa下,镍负载量越高,催化剂的活性越高。对于催化剂的选择性,存在一个最佳镍负载量为10%Ni/MgO。按选择性从大到小排序,不同镍负载量的催化剂为：10Ni/MgO>15Ni/MgO>12.5Ni/MgO>7.5Ni/MgO≈5Ni/MgO。热分析表明,焙烧过程中不同镍负载量的催化剂镍前体与载体前体之间发生的相互作用不同。XRD和TPR 表征结果显示,催化剂的晶体结构和还原特性也与催化剂上镍的负载量有关。焙烧过程中样品10Ni/MgO上镍前体与载体前体发生了两种相互作用, 并且其氧化态与其他催化剂相比具有特殊的结构和还原性。说明催化剂的选择性不仅受活性相Ni的影响而且受Ni活性相周围环境的影响。     

Low CO content hydrogen production from oxidative steam reforming of ethanol over CuO-CeO2 catalysts at low-temperature

CuO-CeO₂ catalysts were prepared by a urea precipitation method for the oxidative steam reforming of ethanol at low-temperature. The catalytic performance was evaluated and the catalysts were characterized by inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy, X-ray diffraction, temperature-programmed reduction, field emission scanning electron microscopy and thermo-gravimetric analysis. Over CuO-CeO₂ catalysts, H₂ with low CO content was produced in the whole tested temperature range of 250–450 °C. The non-noble metal catalyst 20CuCe showed higher H₂ production rate than 1%/oRh/CeO₂ catalyst at 300–400 °C and the advantage was more obvious after 20 h testing at 400 °C. These results further confirmed that CuO-CeO₂ catalysts may be suitable candidates for low temperature hydrogen production from ethanol.     

吸收增强式甲烷水蒸气重整制氢循环反应模拟

吸收增强式甲烷水蒸气重整制氢反应可以生成高浓度的H2和较低浓度的CO、CO2。研究建立了考虑钙基吸收剂活性下降对吸收增强式甲烷水蒸气重整制氢过程影响的多次循环反应模型,在实验数据验证的基础上,计算了三种吸收剂活性下降特性对吸收增强式重整制氢过程的影响。结果表明,对于石灰石吸收剂,产生高纯H2的时间随循环次数的增加而急剧下降;白云石循环反应活性提高,产生高纯H2的时间随循环次数的增加而缓慢下降;CaO/Ca12Al14O33的循环使用次数明显大于石灰石和白云石。     

负载Ni催化剂上低温甘油蒸汽重整制氢

采用等体积浸渍法制备了Al₂O₃、CeO₂、TiO₂及MgO负载Ni催化剂,考察了它们对甘油蒸汽重整制氢反应的催化性能。采用X射线衍射、N₂吸附、透射电镜及H₂程序升温还原等方法对催化剂进行了表征。结果表明,载体对Ni催化剂的活性有显著影响。在400 ℃下Ni/CeO₂的催化活性明显好于其他催化剂,活性次序为Ni/CeO₂> Ni/Al₂O₃ > Ni/TiO₂ ~ Ni/MgO。Ni/CeO₂也具有好的稳定性,反应20 h未见活性下降,甘油转化率70%,氢气收率69.2%。这与CeO₂的本性及其与活性组分的相互作用有关。Al₂O₃具有较大的比表面积与孔体积,有利于CO吸附及甲烷化反应的进行,使得Ni/Al₂O₃催化剂在较高温度下具有很高的甘油转化率85.7%,但H₂选择性较差。由于MgO载体与活性组分强的相互作用而生成NiMgO₂固溶体,导致Ni/MgO低温活性差。     

甲醇水蒸气重整制氢反应条件的优化

对共沉淀法制备的CuO/ZnO/CeO₂-ZrO₂催化剂在甲醇水蒸气重整制氢反应体系中的性能进行了考察,并利用统计学实验设计方法对该反应的反应条件进行了优化。选择反应温度、水醇比和甲醇气体空速为独立要因,利用全因子实验设计方法,得到反应温度对两个响应值(甲醇转化率和重整气中CO物质的量分数)的影响最为显著,甲醇气体空速对重整气中CO物质的量分数的影响最小。固定甲醇气体空速为300 h^-1,利用中心旋转组合设计实验方法对反应温度和水醇比进行优化,得出当反应温度在249~258℃、水醇比在1.76~2.00时,甲醇能全部转化,重整气中CO物质的量分数小于0.5%。此模型的计算值与实验结果较为接近,表明采用统计学实验设计方法得出的结论对甲醇水蒸气重整制氢反应条件的优化具有指导意义。     

甲醇水蒸汽重整微反应器性能研究

燃料电池具有工作效率高、无污染物排放等优点,因此,燃料电池技术的研究和开发受到各国政府和大公司的重视.燃料电池的最佳原料为氢,自从燃料电池诞生起,供氢与燃料电池本身都是同样重要的核心技术[1].甲醇水蒸汽重整制氢是近年来发展较快的制氢方法,具有操作方便、原料易得、反应条件温和、副产物少等优点,而且装置规模大小均宜,并可做成便携式来满足不同用户对氢源的要求[2].本文采用制氢微反应器进行甲醇水蒸汽重整实验,研究了反应温度、进料速度、水醇比和反应时间对甲醇转化率、CO2选择性等的影响.     

催化剂Ni/Y2O3上低温乙醇水蒸气重整制氢研究——氢气预还原对催化剂性能的影响

用浸渍－热分解－氢还原法(IHDHR)和浸渍－热分解法(IHD)分别制备了两种纳米尺寸的Ni/Y2O3催化剂，并应用X-光电子能谱、X-射线衍射、BET比表面测试等分析技术对两种催化剂的结构进行了表征和比较。采用固定床反应器对两种催化剂的催化性能进行实验测试。结果表明，氢气预还原与否对该纳米Ni/Y2O3催化剂的催化性能有一定的影响，经过氢气预还原的催化剂对低温乙醇水蒸气重整反应表现出较高的活性和稳定性，250?℃时，乙醇的转化率达到81.9%；320 ℃时，乙醇的转化率达到95.3%，对氢气的选择性为53.6%。对经过氢预还原的Ni/Y2O3催化剂进行了60 h的稳定性测试。     

B改性CuZnAlOx催化剂对甲醇水蒸气重整制氢性能的研究

采用共沉淀法制备CuZnAlO_x（CZA）催化剂,通过浸渍法得到一系列不同硼（B）负载量的yB/CZA（y=0.28%、0.38%、0.73%、0.89%和4.10%,质量分数）催化剂,并将其用于甲醇水蒸气重整制氢反应。此外,为探究催化剂的构效关系,采用ICP、BET、SEM、N₂O化学吸附、TEM、XRD、H₂-TPR和XPS等手段对催化剂进行表征。结果表明,B引入主要影响催化剂的Cu分散性、还原性及Cu-B间相互作用,进而影响甲醇水蒸气重整制氢性能。其中,0.38B/CZA催化剂获得最高催化活性,这与其具有较高的Cu分散性与较强的Cu-B相互作用力有关;在反应温度为250℃,n（H₂O）：n（CH₃OH）=3,空速为9000 mL/（g·h）时,CH₃OH转化率达到93%,CO选择性仅有0.3%,且反应102 h后仍未失活。     

负载Ni催化剂用于乙二醇蒸汽重整制氢催化性能研究

采用等体积浸渍法和共沉淀法制备了Ni催化剂,在固定床反应器上考察了Ni负载量、焙烧温度、反应温度等因素对乙二醇低温重整制氢反应活性和选择性的影响。应用X射线衍射、氮物理吸附、H₂程序升温还原等技术对负载型Ni催化剂进行了表征。结果表明,共沉淀法制备的Ni/CeO₂催化剂具有较小的NiO颗粒与CeO₂载体颗粒粒径,催化活性较高。添加少量氧化钴到Ni/CeO₂催化剂中可使H₂收率达72.6%,EG转化率达93.1%。在CeO₂中添加Al₂O₃能提高负载Ni催化剂的活性,乙二醇转化率达94.0%,H₂收率达67.0%;但添加SiO₂则使其活性明显变差。     

Steam reforming of dimethyl ether to hydrogen-rich gas

The steam reforming of dimethyl ether (DME) (SR) to a hydrogen-rich gas over a mechanical mixture of WO_x/ZrO₂ (the DME hydration catalyst) and CuZnAlO_x (the methanol SR catalyst) was studied. The mechanically mixed catalyst was shown to provide almost complete conversion of DME to the hydrogen-rich gas containing <0.5 vol.% of CO at 300°C, atmospheric pressure, gas hourly space velocity (GHSV) of 10000 h⁻¹ and molar ratio H₂O/DME = 3. The hydrogen production rate in DME SR was found to reach 180–250 mmol H₂/(g_cat·h) at 250–300°C.     

Cu/Ni负载型Beta分子筛催化剂的乙醇水蒸气重整制氢催化性能研究

采用等体积浸渍的方式,在全硅Beta分子筛载体上担载Cu、Ni活性组分,制备出一系列xCuyNi-ABZ多功能乙醇水蒸气重整制氢催化剂。通过XRD、TEM、SEM-EDX以及XPS等多种表征手段,研究催化剂的结构特性、活性组分含量等因素对催化性能的影响,依据反应产物分布,揭示其作用机理。结果表明,以Beta分子筛为载体可促使活性组分以纳米颗粒的形式高度分散于载体表面,并且存在较强的载体-金属作用力。与传统SiO_2为载体催化剂相比,2.5Cu2.5Ni-ABZ催化剂具备良好的乙醇水蒸气重整催化性能,当反应温度为450℃,实现100%的乙醇转化率和67.23%的H_2选择性,且副产物CO(4.14%)、CH_4(5.65%)含量相对较低。这可归因于Cu和Ni活性组分间的高效协同作用,Cu具有良好的乙醇脱氢性能,生成反应中间体乙醛;在反应过程中,乙醛的重整和分解是两个受温度影响的竞争反应,Ni组分利用其较强的C-C键断裂能力,随温度的升高,乙醛重整反应占主导作用,生成目标产物H_2。通过对反应后样品分析表明,2.5Cu2.5Ni-ABZ催化剂具备良好的抗烧结和抗积炭催化性能。     

Cu-Ni-Al尖晶石催化甲醇水蒸气重整制氢性能的研究

以氢氧化铜、醋酸镍和拟薄水铝石为原料,通过固相法合成了Cu-Ni-Al尖晶石催化剂。采用N2物理吸附、XRD、H2-TPR和XPS等表征方法,研究Cu/Ni/Al的物质的量比和焙烧温度对催化剂的比表面积、物相、还原性能以及表面性质的影响,并以甲醇水蒸气重整制氢为探针反应,考察催化剂的缓释催化性能。结果表明,随着焙烧温度的升高,Cu-Ni-Al催化剂的尖晶石含量增加,但尖晶石晶粒增大,且比表面积下降。不同的焙烧温度和Cu/Ni/Al物质的量比,所得催化剂的比表面积、还原性能和表面性质不同,从而表现出不同的缓释催化性能。与计量比Cu/Al=1∶2的合成比较,Cu/Al=1∶3形成了非计量比的富Al尖晶石固溶体,生成的晶体粒子小、比表面积和孔容大、难还原的尖晶石部分增多,呈现出更好的缓释催化性能。甲醇制氢反应性能评价结果显示,Cu-Ni-Al尖晶石在反应条件下逐渐释放活性铜而催化反应的进行,其中,CNA3-1000催化剂表现中最高的催化活性和稳定性。     

Ce改性Co/SEP催化剂对乙醇重整制氢的影响

采用海泡石（SEP）为载体,通过化学沉淀法制备了Co/SEP和Co-Ce/SEP催化剂,对催化剂进行X射线衍射（XRD）、H₂-程序升温还原（H₂-TPR）和透射电镜（TEM）等表征。结果表明,Ce的加入显著改善催化剂的分散度和还原性;两种催化剂应用于乙醇重整制氢实验,考察Ce的加入、反应时间、反应温度和水碳比（S/C比）对制氢的影响。结果表明,在WHSV为20.5h^-1,水碳比（S/C）为3,反应温度600℃时,Co-Ce/SEP乙醇转化率和氢气产率达到最高,分别为85%和65%。同时Ce的添加能使Co-Ce/SEP拥有更优的活性和稳定性。     

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%。