高温氦气加热甲烷蒸汽重整制氢热力学分析

对高温氦气加热的甲烷蒸汽重整制氢过程进行了热力学分析。结果表明,在较高温度条件下压力对系统重整性能的影响很小。在重整压力大于1 MPa,水碳比大于2时,随着温度的升高,热效率先增加到最大值然后又缓慢下降;在温度800~1000℃范围内,随着水碳比的增加热效率先升高后下降。分析表明,利用高温气冷堆氮气供热的甲烷蒸汽重整制氢系统,选择较高的水碳比和重整温度有利于提高系统热效率和制氢性能。得到了匹配高温气冷堆供热系统且能使氢气产量和热效率的接近最大值的甲烷蒸汽重整反应优化操作参数范围.     

微波液相放电乙醇制氢发射光谱研究

氢能作为一种高热值、无污染的清洁能源日渐受到国内外专家学者的追捧。微波液相放电技术在醇类中制氢具有光明的研究前景,为氢能的研究开发开辟了一条新的途径。通过对乙醇制氢发射光谱分析,有利于分析微波液相放电醇类制氢机理的探讨,为进一步改进微波液相放电制氢技术奠定基础。本文采用2.45 GHz频率微波在液相醇类中放电实现了微波液相等离子体制氢,并借助发射光谱仪对微波液相放电乙醇制氢光谱特性进行了研究。研究结果显示：微波液相放电乙醇制氢过程中,能产生大量的H,O,OH,CH,C₂等活性粒子;乙醇放电光谱中OH自由基、H自由基和O自由基的光谱强度要远大于纯水中OH自由基、H自由基和O自由基的光谱强度;高能粒子打开水分子中的O—H键,脱氢制氢的过程较乙醇分子难度要大,因此在微波乙醇放电制氢过程中,氢气的来源主要是乙醇分子的脱氢重组,水分解产氢的贡献度较低;在外界压力与温度一定的条件下,OH,H,O自由基的发射光谱强度随着功率的增加显著增强,而CH和C₂活性粒子发射光谱强度则出现减弱趋势,这表明较大的微波功率不仅使产生的高能粒子的能量增加,同时高能粒子的密度也有所增加,导致较多的CH和C₂基团被充分碰撞打开。     

重整热力学第二定律的理论体系

利用理想气体可逆过程的规律来替代热机,就得以了克劳修工和不等式,由此解决了熵、卡诺定理、绝对温标等问题。     

锂基吸附强化乙醇水蒸气重整动力学研究

稻壳灰硅酸锂是一种新型的高温CO_2吸附剂。本文以稻壳灰为硅源制备稻壳灰硅酸锂,通过测定其动力学性能参数并结合重整反应的数值模拟方法,建立了锂基吸附强化乙醇水蒸气重整制气的动力学模型。模拟与实验结果吻合。结果表明,通过吸附强化作用,反应出口气体组分中的H_2含量大幅度提高,其他组分特别是CO_2,CO的含量大幅度下降,系统能量状况也得到了一定程度的改善。通过对比可以发现,在适当的反应物停留时间下,对于水醇比4:1的吸附强化重整反应,650℃是最佳的操作温度。     

含碳能源直接制氢的热力学分析与实验研究

本文在对构建的含碳能源直接制氢体系进行热力学分析的基础上,建造了含碳能源直接制氢近零排放定容实验系统,并进行了不同参数下的实验研究。热力学分析表明本文构建的系统不仅存在合适的反应条件,而且在此反应条件下可以实现体系的热平衡。实验结果表明了该系统的可行性,实现了气态产物中氢含量大于80％,二氧化碳及一氧化碳含量均小于0.1％,达到了直接制氢和近零排放的目标。     

基于生物炭载体催化剂的生物油重整制氢研究

本文以柳按生物质为原料,通过热裂解手段制得生物油及其副产物生物炭。通过化学活化对生物炭的表面性质进行改善。采用扫描电镜进行表征,研究表明活化炭经处理后的表面出现了大量孔隙结构。采用氮气物理吸附检测表明活化炭的孔结构主要集中在10 nm以下,4 nm附近。将活性金属Ni负载于活化后的生物炭上制得重整催化剂,并在生物油模化物重整制氢中表现出了良好的反应活性。尤其在高温段,在700℃时氢气产率接近100%。     

微通道甲醇重整制氢过程的模拟分析

针对甲醇蒸汽的微通道重整催化反应过程,建立化学热力学-物理-数学模型,利用数值模拟分析,分别从Pd/ZnO催化剂下的单速率模型和Zn_Cr/CeO_2/ZrO_2催化剂下的双速率模型考察操作条件对甲醇水蒸气重整制氢输运规律的影响,发现微通道反应器以其高面体比促进了甲醇转化率和氢气产率的提高,且有助于反应器内温度分布均匀;对不同的操作条件下甲醇的转化效果进行分析比较,可为实际操作参数的选取提供参考。     

中低温太阳热能与甲醇重整互补制氢实验研究

本文提出一种利用150～300℃中低温太阳能驱动的甲醇-水重整反应制氢的新方法,该方法操作温度远低于其他太阳能热化学制氢方式.在5kW抛物槽式太阳能集热器.吸收/反应器上对制氢关键过程进行了实验研究.实验结果表明:甲醇转化率可达90%以上,产物氢气浓度为66%～74%;1mol甲醇制氢量可达2.90mol,接近理想状态3mol;基于能量品位的概念,深入分析了这一过程的能量转换机理;并对制氢成本进行了初步分析.本文的研究成果为高效利用中低温太阳热能与低能耗、低成本制氢提供一条新途径.     

中低温太阳热能的甲醇重整制氢能量转换机理研究

通过甲醇-水蒸汽化学反应,本文提出中低温太阳热能与甲醇重整反应结合的制氢新方法,探讨了中低温太阳热能与甲醇重整制氢过程的能量转换机理,分析了不同压力条件下的水碳比、反应温度对中低温太阳热能-甲醇重整制氢的影响规律.研究结果表明:集热180～240 ℃的低品位太阳热能(品位为0.34～0.42)将能更好地与甲醇重整反应所需的品位相匹配.在反应压力为1×1.01325×105 Pa,反应产物中H2浓度可有望达到72%～75%,中低温太阳热能转化为化学能占燃料化学能的份额可达12%.该研究为低能耗制取清洁燃料氢提供了一条新途径.     

太阳能甲醇重整制氢-发电联产系统

基于不同用能系统整合和能的综合梯级利用思路,研究提出一种新颖的太阳能甲醇重整制氢-发电联产系统.将太阳能甲醇重整制氢与发电有机整合,不仅合理地利用中低温太阳能,同时实现甲醇重整制氢弛放气的综合利用.新的联产系统具有优良的热力性能,化石能源的相对节能率达到29%,制氢单位能耗降低为0.85 GJ/GJ-H2.研究表明,减小能量转化传递过程的品位差和合理利用太阳能热是系统节能的关键所在.研究成果将为太阳能多功能能源系统发展提供新方案与新思路.     

生物质油-水两相体系乳液光重整制氢

光重整催化生物质-水溶液制氢被认为是一种高效环保的制氢方法。大量水溶性生物质已被证明可被有效利用从而提高光催化效率,但油性生物质却因其会与水形成两相不互溶体系而在光重整制氢应用中受到极大限制。本文通过水解法制备出锐钛型TiO_2微球作为光催化剂,再通过硅烷偶联剂对其进行表面部分疏水改性使其具备双亲性,以此作为固体乳化剂稳定辛醇-水乳液。实验结果表明,TiO_2经改性后能有效稳定辛醇-水乳液且明显提高光重整制氢效率。     

太阳能高温电解水蒸气制氢系统热力学分析

本文对太阳能高温电解水蒸气制氢系统进行了设计.该系统以太阳能为唯一的一次能源,采用太阳能分频技术,提供高温电解水蒸气制氢所需的电能和热能.此外,利用余热回收器回收电解产物的余热.热力学分析表明:(1)系统制氢效率可达34.8%;(2)太阳能聚光-分频热电联产装置是系统能量和(火用)损失最大的环节.提高电解温度和降低操作电压可减小电解环节的(火用)损失.     

用低温电催化重整方法和CoZnAl催化剂进行低温生物油重整制氢

利用电化学催化重整方法和CoZnAl催化剂实现了高效的生物油重整制氢过程．研究了电流强度对氢气产率、碳转化率以及产物分布的影响．结果表明,通过催化剂的电流对氢气产量和碳转化率都有明显的促进作用,在500 oC低温重整条件下氢气产率和碳转化率分别达到大约70%和85%．此外,用XRD、XPS、TGA和BET研究了电流对催化剂的结构和性能的影响．结果表明,通电催化床中热电子对生物油中含氧有机物的重整反应起着重要的促进作用．     

对重整热力学第二定律理论体系的不同看法

阐述了对重整热力学第二定律理论体系的不同看法及拓宽热力学第二定律理论体系的整体构思。     

重整热力学第二定律理论体系的一种新方法

利用理想气体可逆过程的规律来建立热力学第二定律的理论体系并无必要.本文提出一种新的方法.     

利用乙醇音速计算其它热力学性质

光散射法音速测量的适用温度范围较广,且有时高温比定压热容相对于密度而言更容易获得实验数据.基于此,提出了一个由较高温度比定压热容推算得到较高温度密度的迭代算法.以乙醇为例,利用高温热力学性质推算模型得到298.15～418.15 K、1.0 MPa下乙醇的密度,与Schroeder状态方程的计算结果进行对比,二者的平均...     

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.     

利用间冷的甲醇重整制氢-发电联产系统

基于能的梯级利用的思路,本文提出了一种新颖的制氢-发电联产系统.新系统利用空气压缩的间冷热提供甲醇重整反应热,不仅合理地利用低温间冷热,同时实现了甲醇重整制氢弛放气的综合利用.新的联产系统具有优良的热力件能,相对节能率达到4.8%.根据图像(火用)分析方法,阐明了利用间冷热甲醇重整制氰过程删损失减少和间冷热品位提升的机理.本文对新循环进行了分析,并以制氢和发电的分产系统为参照,研究了其性能规律.     

在Ni/HZSM-5催化剂上低温水蒸汽重整生物油制氢

利用浸渍方法制备的Ni/HZSM-5催化剂在生物油低温水蒸汽重整合成中表现了较高的催化活性． 探讨了催化剂的组成、重整温度、水碳比例对重整过程的影响．在电催化重整研究中,发现催化剂上通过的电流可以显著地促进生物油水蒸汽重整．通过对不同负载量的Ni/HZSM-5催化剂和Ni₂₀/Al₂O₃催化剂的催化活性的比较,NiO在催化剂中负载量为20%(Ni₂₀/ZSM)时表现出了最高的催化活性; 即使在450 oC时, 在Ni₂₀/ZSM催化剂上也可以达到碳转化率接近完全, 氢气产率约为90%的效果． 利用XRD、ICP/AES、H₂-TPR、BET等表征手段对Ni/HZSM-5催化剂的形态和结构进行了表征.