废旧轮胎热解吸附强化重整制氢特性及经济性分析

为实现废旧轮胎资源化利用,提出一种废旧轮胎热解耦合吸附强化重整制氢工艺。基于吉布斯自由能最小化原理以及能量和质量守恒定律,以CaO为吸附剂构建了废旧轮胎热解耦合吸附强化重整制氢工艺流程,将传统重整与CO_(2)原位吸附相结合。分析考察了重整反应温度、反应压力、水与碳物质的量比(n S/n(C))、钙与碳物质的量比(n(Ca)/n(C))作参数对工艺热力学性能的影响,并从技术经济性角度分析了该工艺的可行性。研究结果表明:温度和n S/n(C)的增加都可以提高氢气产率,但是制氢效率会随着重整温度和n S/n(C)的不断增加而降低;n(Ca)/n(C)增加可以提高氢气产率及制氢效率,但是当n(Ca)/n(C)>1时提升不大。综合考虑,最佳操作参数如下:重整温度为650℃、重整压力为1 MPa、n S/n(C)为3.5、n(Ca)/n(C)为1,此时氢气产率为0.203,制氢效率为57.9%。经济性分析表明,废旧轮胎制氢成本约为10.87元/kg,投资回收期为4 a,具有较高的经济效益。研究结果可为废旧轮胎高值化利用提供参考。

生物质合成气强化重整提质制取氢气的热力学分析

针对生物质气化技术存在的制氢效率低、焦油含量高等问题,文章提出了一种生物质合成气强化重整提质工艺,并应用HSC Chemistry软件对该工艺进行了热力学分析;研究了反应温度、S/C以及CaO/C对H_(2)放大率、提质产气各组分浓度等指标的影响。研究结果表明:经过强化重整提质,生物质合成气中焦油组分可全部裂解;吸附剂CaO的加入,可显著提高提质气的H_(2)放大率和浓度;随着S/C和CaO/C的逐渐增加,H_(2)的放大率与浓度均逐渐升高,但是,当S/C≥18,CaO/C≥20后,H_(2)放大率的增幅明显下降,H_(2)浓度也趋于稳定;当温度为550~600℃,S/C≥18,CaO/C≥20时,H_(2)放大率可以达到7.5,H_(2)浓度可以达到98%以上。

反应吸附强化模拟沼气蒸汽重整制氢的计算和实验研究

文章对反应吸附强化模拟沼气-水蒸气重整制氢技术(Re SER-Biogas)进行了热力学计算和实验研究。首先,建立甲烷蒸汽重整反应耦合氧化钙与二氧化碳反应的制氢反应模型,对CO2和CH4体积比(α)分别为0.25,0.43和0.67的模拟沼气进行改变CO2移除率(ζ)、反应温度(T)、水碳摩尔比(β)对甲烷转化率和氢气浓度影响规律的模拟计算。计算结果表明,提高ζ,T和β值能有效强化重整反应,当P=0.1 MPa,ζ=0.95,T=600℃,β=4时,甲烷转化率可达94%,产物中氢气的浓度可达96%。其次,采用镍系催化剂与纳米Ca O基CO2吸附剂,在固定床反应器中进行模拟沼气Re SER-Biogas制氢实验,改变T,β以及α值得到不同反应条件下的甲烷转化率与产品氢气浓度,从实验层面上验证模拟计算结果和反应条件影响规律的可靠性。实验结果表明,在P=0.1 MPa,ζ=0.95,T=600℃,β=4和α=0.43的实验条件下,产物中氢气的浓度高达93%,CO的浓度低至0.32%。和传统无吸附强化的沼气蒸汽重整制氢工艺相比,Re SER-Biogas技术能够在更低的温度条件下直接制取低CO浓度的高纯氢气产品,对开发高效,节能的沼气制氢新技术具有重要的实际意义。

基于吸附强化重整制氢的燃料电池–涡轮混合发电系统性能研究

为避免高含碳量的碳氢燃料使得带有阳极尾气再循环的燃料电池-涡轮混合发电系统中重整器内CO_(2)浓度过高的问题,将氧化钙作为吸附剂的吸附强化重整制氢被应用于该系统。系统的燃料为十二烷,通过吉布斯自由能最小化的方法完成重整过程的热力学计算。结果表明:采用吸附强化重整制氢的发电系统在系统发电效率及功率输出上分别提升了3.93%和19.17%,并降低了CO_(2)排放量66.46%。且在燃料电池温度为1023~1063 K、钙碳比为0.4~0.8的范围内,系统的性能随参数增大而明显提升。但该参数的增大又会影响燃料电池及系统的安全运行,因此参数的选择需要综合考虑。

CO_(2)吸附强化CH_(4)/H_(2)O重整制氢催化剂研究进展

CO_2吸附强化CH_4/H_2O重整制氢是提供低成本高纯氢气和实现CO_2减排的方法之一。其中,催化剂和吸附剂是该工艺的重要组成部分,其活性与选择性制约了反应速率和产率,寿命长短关系到生产成本。综述了CO_2吸附强化CH_4/H_2O重整制氢催化剂和吸附剂的研究现状及存在的问题,机械混合的催化剂与吸附剂在反应过程中存在吸附产物包覆催化活性位点的问题,导致催化剂活性迅速下降。针对该问题,进一步探讨了不同结构双功能复合催化剂的结构特性、研究现状及其在循环-再生过程中存在的问题,核壳型双功能催化剂具有吸附组分与催化剂组分相对独立、催化组分分散分布和比表面积大等优点,在吸附强化制氢中有进一步研究的潜力。利用双功能催化剂的结构特点,实现反复循环再生过程中催化与脱碳反应的匹配,是推动CO_2吸附强化CH_4/H_2O重整制氢技术工业化发展的关键。

基于Aspen Plus的热解煤气制氢工艺模拟及分析

本文利用Aspen Plus模拟软件,构建了煤炭热解煤气吸附强化重整制氢工艺流程,对强化重整、煅烧再生、蒸汽余热发电等单元进行了详细的模拟。在钙碳比为2.75,水碳比为3.5,重整温度650℃条件下,对不同重整压力(0.5、1.0、1.5、2.0 MPa)工况进行了模拟,利用热效率和㶲效率、制氢能耗、水耗和单位煤气制氢率等指标对系统进行了性能评价和优化。模拟结果显示,重整压力为0.5 MPa时,系统热力学性能最优。作为对比,开展了水蒸气重整工艺系统的模拟。对比结果显示:相同进料条件下,强化重整制氢氢气产量提升7.66%;能量转化效率达到79.55%,㶲效率从73.14%提高到77.63%,系统效率显著提高。综合系统效率和氢产量等指标,热解煤气强化重整制氢系统具有较优的技术性能,可作为现阶段煤气制氢的途径之一,是具有应用前景的制氢技术。