不同应用场景的电解水制氢成本分析

分析了风电/光伏制氢输送加氢站、加氢站现场制氢、风电/光伏制氢注入天然气管网和制氢储能套利峰谷电价差等4种场景下影响经济性的因素,结果表明:度电成本、电解水设备成本、设备利用率、运输距离和峰谷电价差分别是不同应用场景中影响成本的关键因素。在风电/光伏制氢输送加氢站的场景,以终端70 MPa加注氢气成本低于40元/kg为目标,采用碱性电解水设备制氢时,度电成本应小于0.2元/k Wh,设备利用率应高于60%,同时运输距离控制在100 km左右。加氢站现场制氢采用碱性电解水技术时,度电成本应小于0.4元/k Wh,不同的度电成本具有最低设备利用率的要求。风电/光伏制氢注入天然气管网供燃烧使用时,不同的度电成本均会不同程度地增加气体的成本,而制氢储能套利峰谷电价差在全国大部分地区的盈利机会较小。

负载铯催化剂上苯酚与甲醇醚化制苯甲醚

研究了不同酸碱中心、载体、前躯体和负载量对负载铯催化剂上苯酚与甲醇醚化制苯甲醚反应行为的影响。结果表明,碱性中心比酸性中心具有更高的苯甲醚选择性,碱性中心的阳离子影响催化剂的苯甲醚选择性。载体影响铯离子的电子结合能,从而影响催化剂的醚化活性;铯离子的电子结合能越低,催化剂醚化活性越低;载体影响催化剂强碱性位数量,从而影响苯甲醚选择性;强碱性位数量越多,副反应越容易发生,苯甲醚选择性越低。不同前躯体制备的Cs/Si O2由于表面相对铯原子数量不同而活性不同;Cs/Si O2的单层负载量为1.0 mmol/g,超过单层负载量后催化剂的平均活性显著下降。

钙助剂对钴钼基高温变换催化剂性能的影响

研究了不同的钙助剂和氧化钙含量对催化剂变换性能的影响。结果表明:不同的钙助剂对催化剂活性的促进作用差别较大,可能与碱性氧化钙和钼酸钙的形成相关。碱性氧化钙对变换活性具有促进作用,而钼酸钙的形成却不利于变换活性。氧化钙含量影响催化剂的活性和甲烷选择性,催化剂的活性随氧化钙含量的增加呈现先增大后减小的趋势,而甲烷选择性则随着氧化钙含量的增加而略有降低。以硝酸钙为助剂制备的含w(CaO)1.5%的催化剂具有比工业催化剂更高的活性和抗水合稳定性。

氧化镁对钴钼基高温变换催化剂性能的影响

采用混捏法制备Co-Mo基高温变换催化剂焙烧过程中,镁源的反应性能对催化剂的性能具有重要的影响。分别采用氧化镁Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ为镁源,研究了不同的氧化镁和氧化镁含量对Co-Mo基高温变换催化剂性能的影响。结果表明:氧化镁晶粒尺寸和粒度影响其与拟薄水铝石和偏钛酸的反应性能,晶粒尺寸和粒度越小越有利于形成镁铝尖晶石和镁钛尖晶石,催化剂中残余的游离氧化镁少,从而有利于提高催化剂的稳定性;氧化镁含量影响催化剂的强度和活性,在试验条件下,随着氧化镁含量增加,催化剂的强度提高,活性呈现先增大后基本不变的趋势;当氧化镁质量分数为23%和25%时,催化剂具有较好的强度和活性。以氧化镁Ⅲ为镁源制备的催化剂具有比工业催化剂更高的稳定性。

碱性电解水制氢隔膜和阳极材料性能研究

电解水制氢可将大规模可再生能源转化为绿氢,广泛用作各式各样的低碳终端能源,如燃料、化工能源和运输等,对碳减排具有重要意义。碱性电解水制氢作为一种最有潜力、大规模化应用的技术,在电解水行业中占据主导地位。基于降低电解制氢过电位的目的,开展了隔膜和阳极电极材料的性能研究。结果表明,高分子复合隔膜Zirfon比聚醚硫醚无纺布具有更低的膜电阻,可将电解水过电位降低0.3 V以上,主要因为Zirfon隔膜具有更低的膜电阻和更高的亲水性,而隔膜的亲水性会影响电极活性位点的利用率,且亲水性越高,电堆的活化阻抗越低。通过比较镍网和泡沫镍的性能,发现镍网用作阳极电极时的电阻低于泡沫镍,具有更低的电解水过电位。可为电解槽关键部件隔膜和电极的优化提供一定参考,利于电解成本的降低。

隔膜特性对氢气电化学压缩能耗的影响

文章选取Nafion 211和Nafion 117膜作为电化学压缩隔膜,通过仿真建模方法研究了隔膜特性对电化学压缩机压缩性能的影响。研究结果表明:隔膜欧姆阻抗对电压效率影响显著,隔膜气密性对电流效率影响显著;与Nafion 117膜相比,将Nafion 211膜应用于电化学压缩机时,电化学压缩机能够获得更高的能量效率,当工作电流为0.5 A/cm^2,压缩比为3时,等温压缩效率最高可达到50%。将以Nafion 211膜为隔膜,工作电流为2 A/cm^2的电化学压缩机用于制氢厂的管束车充装,当气源压力为2 MPa,管束车压力由5 MPa充装至20 MPa时,平均能量效率为35%,综合平均电耗为2 kW·h/kg,比目前常用的机械往复式压缩机的电耗降低了30%以上。

含酚油吸附脱氮反应条件优化

将含酚油中的酚醚化为高辛烷值组分并耦合脱硫脱氮工艺,有望将含酚油提质为清洁的高辛烷值汽油调和油。常用的加氢脱氮工艺在脱氮的同时酚羟基被大量脱除,降低含酚油附加值。文章选取煤焦油中含酚油馏分段作为原料油,选取一种大孔型强酸性阳离子交换树脂作为吸附剂,在保留含酚化合物的同时对原料油进行脱氮加工处理。利用六西格玛中的DFSS工具对加工方案进行实验设计及参数优化,建立了实验条件(油剂比、温度、振荡频率、吸附时间)与吸附剂性能(脱氮率、油收率)的函数模型,其中油剂体积比为影响脱氮率与油收率的主要因素。在满足目标要求的前提下,用DFSS工具以最少的实验次数确定了最稳健的实验操作条件,并通过验证实验验证了模型了可靠性。

Ni/ZnO-Al_2O_3催化剂脱除含酚油中的硫

采用等体积浸渍法制备了Ni/ZnO-Al_2O_3催化剂,以含酚油为原料,通过固定床实验筛选出了最优的脱硫催化剂,并评价了其对含酚油脱硫不脱酚的最佳工艺条件.结果表明,ZnO粒径越小,其制备出的脱硫催化剂脱硫活性越高;较高的反应温度和较低的体积空速有利于提高Ni/ZnO-Al_2O_3对含酚油的脱硫效果.Ni/ZnO-Al_2O_3脱硫剂脱硫不脱酚的适宜操作条件为：常压,温度320℃-340℃,空速0.2h-1,此时Ni/ZnO-Al_2O_3催化剂的脱硫率达99.1%,且可稳定运行200多小时.该催化剂在常压临氢条件下,可以实现对含酚油脱硫且不脱酚,不仅解决了工艺难题,也大大节约了生产成本.

钾对低温耐硫变换催化剂的影响

采用不同钾源制备低温耐硫变换催化剂Mo-Co-K/Al_2O_3,通过XRD、N_2吸附-脱附法和微反评价等研究钾源对催化剂的钾流失率、孔结构及反应过程中钾硫酸盐化的影响。结果表明,以K_2SO_4为钾源的催化剂钾流失率最大,活性最低。KNO_3和KOH对拟薄水铝石的胶溶能力较强,易形成小孔径结构的催化剂。K_2SiO_3可以有效避免催化剂中钾在反应过程中的硫酸盐化。

油脂和木质纤维素催化转化制备生物液体燃料

世界范围能源短缺和环境恶化的双重压力促使可再生生物质资源的能源化利用成为当前研究的一个重要方向。生物质种类多样,但考虑到粮食安全等因素,其中油脂和木质纤维素适合替代化石资源用于制备液体燃料。本文概述了油脂和木质纤维素通过不同催化转化途径制备液体燃料的一些研究进展。油脂可以通过催化热裂解、加氢和酯交换方法制备生物液体燃料,而木质纤维素制备液体燃料的可行途径包括气化-费托合成、液化-精炼和经历平台化合物的选择性合成。在介绍这些催化途径的同时,特别讨论了其中所使用的催化剂和工艺等方面的研究进展,分析了存在的问题和可能的解决措施,以期能为生物质能源化利用的研究提供参考。