微型燃烧器预混腔内催化重整、积碳及流动特性模拟

因微型燃烧器内微尺度燃烧易熄火,燃烧效率不高,存在催化重整过程中的积碳、微尺度等问题,可利用甲烷和湿空气中水蒸汽预混催化重整产氢来强化燃烧,对预混腔内催化重整,积碳及流动特性进行模拟,探讨了微型预混腔中甲烷、水蒸汽重整过程中水碳比、质量流量和催化壁面温度对催化重整、积碳、流动等的影响.     

温度对微通道CH4/O2/H2O自热重整暂态特性的影响

利用计算流体力学软件CFD和化学反应动力学软件CHEMKIN研究了微通道内催化壁面温度、反应混合气体初始温度对镍基催化剂上CH₄/O₂/H₂O自热重整反应暂态特性的影响。结果表明,微通道内的甲烷自热重整反应暂态特性与温度关系密切。温度越高,反应趋于平衡所需的时间越短;当反应器壁面温度较高时,提高反应混合气入口温度对反应影响不大;在相同的温升下,提高反应器壁面温度比提高反应混合气体初始温度对反应过程中氢气的产生和甲烷的转化更有利。     

生物油制氢中催化剂与吸收剂研究

本文利用固定床反应器考察了自制催化剂在生物油水溶性组分重整制氢反应中的表现以及耦合水蒸气预处理的CO2吸收剂对反应的影响。通过比较自制催化剂与商业催化剂Z417在重整反应中的催化性能,以及预处理吸收剂对重整反应的改进作用,结果表明：在反应温度为800℃,水油比为4．9的条件下,自制催化剂Ni／CeO2-ZrO2的氢产率...     

新型甲醇重整–化学链氢电联产系统热力学分析

本文提出了一种新颖的甲醇重整–化学链发电制氢联产系统。该系统利用化学链燃烧氧化反应的显热给甲醇重整制氢部分提供反应热,充分利用了甲醇重整制氢的驰放气,同时实现了Fe_2O_3高温热的合理利用,使新系统内部能量品位的匹配变得更加合理。重整反应部分温度为250℃左右时,该新型联产系统的效率达到了61.8%,展现出了良好的热力学性能。本文对该系统进行了分析,并以常规制氢和化学链燃烧耦合发电系统为参照进行了对比,研究了其性能。新系统的效率较高,同时实现了CO_2的无能耗分离。     

用NiCuZnAl催化剂最大化生物油自热水蒸汽重整制氢

在较低的温度下,通过将放热的部分氧化反应和吸热的水蒸汽重整反应耦合起来的自热方式实现了高效的制氢过程. 在氧碳比(O/C)为0.34,水碳比(S/C)为3,温度为600 oC时生物油接近完全转化,得到最高氢产率为64.3%. 自热水蒸汽重整反应条件温度、O/C、S/C、质量空速等可以用来控制反应氢产率和气体产物分布. 对自热过程和普通水蒸汽重整过程做了比较,并对反应机理进行了探讨.     

甲烷微尺度催化燃烧的数值模拟

本文联合使用计算流体力学软件FLUENT和可以计算表面反应的化学反应动力学软件DETCHEM对有逆流换热的微尺度燃烧器进行了数值计算。计算中忽略空间反应。燃料-空气混合物的当量比为0.4,反应器壁面采用等温边界条件。计算结果表明,采用催化燃烧可以实现微尺度下通常情况下无法实现的甲烷稳定燃烧。通过适当设置催化表面,可以实现燃料低温、高效转变。甲烷的总转变率受流动状态、反应温度和催化表面的大小等因素的影响。     

氧碳比对微细腔内自热重整积碳的影响

针对微动力装置中重整腔内强吸热重整反应和催化剂积碳等问题,耦合甲烷部分氧化反应,实现系统自供热并抑制积碳.为了优化微细腔内甲烷湿空气自热重整反应条件,采用数值方法研究预热温度为800 K,不同水碳比下,氧碳比对绝热的微细腔内甲烷湿空气自热重整反应的影响.结果表明:反应气中水碳比为1～2.5,微细腔内甲烷湿空气自热重整的...     

天然气催化反应壁面传热传质的数值研究

应用二维数学模型研究天然气催化燃烧壁面反应及载体气固界面上热质传递与流动耦合的现象。通过改变载体通道入口混合气体(天然气与空气)的温度、质量分数及壁面上反应的条件来评价努塞尔数和舍伍德数。模拟结果表明,努塞尔数和舍伍德数并不单独取决于燃料质量分数及壁面条件,而取决于壁面的反应速率。模拟同时表明,进口的温度对通道壁面传质影响最大,其它影响较小。     

甲烷入口条件对紧凑型重整器燃烧管道化学反应与产热特性影响

紧凑型甲烷重整器燃烧管道由燃料气体通道、多孔层以及固体平板组成.采用三维数值模拟方法,对甲烷入口速度、温度等对催化燃烧反应以及产热特性影响进行了研究.结果显示,甲烷入口速度由2.5 m/8增大到10 m/s时,最大化学反应速率提高了20.4%,CH4利用率下降了41.2%,最大热流量提高了11.8%;温度由873 K升...     

微圆管壁面材料和厚度对甲烷催化着火的影响

对负载Pt催化剂的微圆管内CH_4的催化着火进行了非稳态和稳态模拟,重点研究了壁面材料和厚度对CH_4催化着火所需预热温度(表征着火温度)、着火时间、系统稳定时间以及极限着火条件的影响。非稳态研究结果表明:CH_4催化着火所需的预热温度与壁面条件无关,但着火时间和系统达到稳定状态所需的时间受壁面条件的影响较大,壁面热容量(mc)越大,着火及系统稳定时间越长;当壁面导热系数较小时,CH_4的催化着火发生在微圆管出口处,反应峰值区域随时间逐渐向进口移动,当壁面导热系数较大时,着火发生在进口处,且峰值反应位置不变。稳态结果显示,壁面轴向上热量的回流(大的导热系数和适当的壁面厚度)可以有效地拓宽甲烷的极限着火范围。     

生物油及生物质炭电催化制氢

报道了以生物质热裂解产物-生物油和生物质炭为原料,利用双固定床反应器和电催化水蒸气重整方法高效制氢过程研究．获得的最大绝对氢产率达到110.9 g H₂/1 kg干生物质,气相产物包括72%H₂、26%CO₂、1.9%CO和痕量的CH₄．研究了添加生物质炭对生物油制氢效果的影响,以及重整反应温度、通入催化床的电流等反应条件对生物油和生物质炭制氢效果的影响．结果表明,生物质炭的添加使绝对氢产率增加了大约20%～45%,提     

管式甲烷重整储能器的启动性能分析

本文建立基于碟式太阳能系统的管式甲烷重整储能器的三维非稳态模型,并研究系统的启动性能。在启动阶段,沿反应器径向方向,随时间推移,热量逐渐从反应器受热面向散热面传递;反应器中轴线处催化剂温度在约x=330 mm处达到最大值。主反应的反应速率峰值随反应的进行向前推移,并最终稳定在x=220 mm的位置。反应的显热储效率能早于化学储能开始上升,趋于稳定后系统的化学储能效率远高于显热储能效率。反应器后端由于热流和温度低存在明显的逆反应,随着启动过程逆反应的区域和速度降低,导致整个热化学反应速度提高。     

等离子体催化耦合重整生物质燃气研究

采用分步浸溃法制备了Ni-Mg整体式催化剂,加入萘作为焦油模型化合物考察了低温等离子体耦合催化重整生物质粗燃气的性能,研究了放电条件及反应温度对催化重整制备合成气的调变作用.结果表明:高压高频放电产生等离子体耦合催化重整,对重整净化生物质粗燃气有明显效果.在重整温度为750℃,放电频率为22 kHz时CH4的转化率可由催化重整时的86%提高到94%左右,放电条件下可以将合成气的H2/CO比由1.06提高至1.15.温度对耦合重整影响较为显著,CH4、CO2的转化率均随温度的升高而升高,最高可分别达到94%和89%.加入脉冲电晕后生物质粗燃气中的焦油等复杂有机化合物的转化率达到99%以上.     

含氧有机物催化重整制备纯氢

研究了一种新的利用含氧化合物制备纯氢的催化变换过程,该过程耦合了含氧化合物的催化重整、水煤气变换反应和CO₂去除步骤. 详细研究了重整催化剂的筛选、反应条件以及不同的含氧化合物催化重整行为. 利用所述集成方法获得的最高氢气浓度为99.96vol%和最大转化率为97.1mol%. 此外,通过含氧化合物的解离、催化重整和水煤气变换反应研究,探讨了含氧化合物制备纯氢的相关反应路径.     

掺氢比对天然气HCCI燃烧特性和排放的影响研究

利用CHEMKIN软件,对掺氢比例为10%、15%、20%和25%的天然气混合燃料对HCCI内燃机燃烧特性的影响进行模拟,并对其进行数据分析。结果表明:(1)氢气比例不同,可对天然气的燃烧速率产生影响;比例为10%时,对天然气的燃烧过程影响不明显,却显著提前了天然气燃烧时的着火时刻,但随着掺入氢气比例的增加,着火时刻提前的现象逐渐推迟。(2)随着掺氢比例的逐渐增加,缸内压力、缸内温度、中间产物CO的排放量的峰值均逐渐减小;累积气相反应放热量逐渐减小;掺氢热效率和气相反应净产热量在氢气的掺入比为10%～15%之间时达到峰值。(3)在尾气排放中,随着掺氢比例的增加,CO_2生成时刻提前,生成量未改变;NO含量的峰值和排放量随着掺氢的比例增加而增加。     

微平板式燃烧室内催化燃烧的试验研究

采用催化材料铂加工的微平板燃烧室,与碳化硅材料加工的微平板燃烧室在相同条件下进行了试验对比,分析了不同流量、不同当量比和不同燃烧室尺寸条件下催化燃烧对微燃烧性能的影响。试验结果表明,同样流量下,采用催化燃烧时的外壁面测点温度均比采用无催化的碳化硅燃烧室的高,且温度分布更均匀;不同于无催化的碳化硅燃烧室,铂加工的燃烧室在当量比为1时内部燃烧已经比较充分;催化燃烧能提高微尺度燃烧的稳定性,扩展燃烧极限。     

含湿量对甲烷湿空气自热重整积碳特性的影响

微动力装置中碳氢燃料催化燃烧被认为是有效的方法,但燃烧室内燃料催化重整普遍存在由积碳导致的催化剂失活等问题.本文采用数值方法研究了微细腔中甲烷湿空气在镍基催化剂上的自热重整反应,重点分析含湿量对甲烷自热重整反应及积碳特性的影响.结果表明:含湿量将增强甲烷重整反应;自热反应散热量和表面积碳浓度均随含湿量增加而降低.混合物...     

微细腔内变组分CH_4/O_2/H_2O自热重整积碳特性

针对微动力装置中重整腔内催化剂表面容易积碳,重整反应需要大量能量等问题,在重整腔入口引入氧气,使甲烷发生部分氧化反应为催化重整提供热量。本文采用数值方法研究了微细腔中CH_4/O_2/H_2O镍基催化剂上的自热重整反应,重点分析CH_4/O_2/H_2O混合物组分对甲烷自热重整反应及积碳的影响。结果表明:在混合物组分CH_4/O_2/H_2O摩尔比为1:0.2:2时,甲烷自热反应放热量刚好能满足甲烷重整反应的需求,氢气质量分数较高为3.32%,积碳浓度较低为1.19×10~(-6) kmol/m~2。     

微细腔内CO_2对CH_4/H_2O重整反应特性影响

基于镍基催化剂下表面反应机理,采用数值模拟方法,深入研究了在一定水碳比下,CO_2含量的变化以及在固定的CH_4/H_2O/CO_2比例下催化壁面温度,质量流量对微细腔内甲烷重整反应的影响。结果表明提高CO_2/CH_4的比例能够明显提高CO_2、CH_4转化率,提高CO的含量。CH_4/CO_2基元反应的产物在低温条件下CO和H_2O,水蒸气转化率和H_2产量降低,CO_2含量增加降低水蒸气的消耗;在高温条件下,由于产生CO和H_2,使氢气含量增加但水蒸气转化率降低.     

C12A7-Mg催化剂水蒸汽重整生物油、石脑油和CH4制氢

利用自制的C12A7-Mg催化剂,研究了催化水蒸汽重整生物油、石脑油和CH4制备氧气的性能,以及催化剂寿命,并用X射线光电子能谱对催化剂进行了表征．温度测试范围为250-850℃．对于催化水蒸汽重整生物油反应,在750℃时,氢气产率最大达到80％,碳的转化率接近95％．在相同的反应温度下,催化水蒸汽重整石脑油和CH4的氢气产率和碳的转化率要低于重整生物油反应．催化剂的失活主要是由于重整过程中的积碳．