甲醇水蒸气重整工艺的优化

甲醇在常温常压下为液态且具有极高的载氢密度,因而是一种较为理想的载氢介质。甲醇重整反应器的设计对于甲醇在线重整制氢燃料电池系统的设计具有重要意义。对于甲醇重整反应器,反应温度较高时重整气中CO浓度高,不利于后续的CO深度脱除;而反应温度较低时,甲醇转化率与液相空速低,会导致催化剂利用率低并且反应器体积较大。基于以上问题,本工作提出了一种由第一段300℃下等温重整和第二段300℃~220℃下绝热重整组成的两段变温重整工艺。基于Aspen Plus对该工艺进行了模拟研究,证明该工艺在理论上可以实现。然后通过固定床反应器进行实验研究,结果表明在甲醇完全转化的条件下,本变温工艺的甲醇液相空速为4.08h^(-1),重整气中CO浓度为0.56%,重整制氢效率为108.98mL/(min·mL催化剂)。而220℃下等温重整工艺的液相空速为1.5h^(-1),重整气中CO浓度为0.40%,重整制氢效率为44.89mL/(min·mL催化剂)。变温工艺可以在较大的液相空速下获得更高的重整制氢效率,降低催化剂用量,使重整器结构更加紧凑。同时,与300℃下等温重整工艺相比,在相同液相空速下本变温工艺的CO浓度远低于300℃下的1.77%。因此,本文提出的两段工艺对于获得高制氢效率和低CO浓度具有重要意义。

CuO-Co_(3)O_(4)-CeO_(2)/CeO_(2)-Al_(2)O_(3)催化剂脱除CO性能研究

以CeO_(2)-Al_(2)O_(3)为载体,采用等体积浸渍法制备CuO-Co_(3)O_(4)-CeO_(2)/CeO_(2)-Al_(2)O_(3)催化剂,通过X射线衍射(XRD)、氢气程序升温还原(H_(2)-TPR)、氢气等温还原(H_(2)-TIR)、CO脱除性能评价等方法,考察预还原温度、反应温度、液相空速对CO脱除性能的影响。结果表明:催化剂在160℃下预还原可以获得37.3%的还原度,有效提高活性Cu^(+)的数量,进而提高CO脱除性能;在液相丙烯中微量CO脱除反应中,反应温度升高、液相空速减小有利于提高CO脱除性能,当反应温度不低于50℃,液相空速不高于8 h^(-1)时,CO体积分数可脱除至0.03 mL/m^(3)以下。在50℃、3 MPa,液相空速为8 h-1的反应条件下,CuO-Co_(3)O_(4)-CeO_(2)/CeO_(2)-Al_(2)O_(3)催化剂可将液相丙烯中CO由10 mL/m^(3)脱除至0.03 mL/m^(3)以下,且连续反应3500 min,稳定性良好。