平板微反应器中甲烷蒸气重整与甲烷催化燃烧的耦合分析

针对间隔式甲烷蒸气重整与甲烷催化燃烧的平板微反应器,建立了二维稳态多组分传输反应的耦合模型,探讨在甲烷催化燃烧侧进口条件不变的情况下,甲烷蒸气重整侧进口速度以及反应通道长度对反应性能及热量匹配的影响。结果表明.可以通过调整重整侧甲烷进口速度来实现热量的良好匹配;增大反应通道的长度可以提高重整侧的甲烷转化率和降低反应器出口的温度。

基于3D打印技术的甲烷水蒸气重整研究

天然气(主要成分为甲烷)重整是天然气高效清洁利用的重要途径,重整获得富含氢气的重整气,可供固体氧化物燃料电池进行高效发电。甲烷水蒸气重整需要反应器以及负载其上的重整催化剂,基于3D打印技术的多孔结构具有良好的耐高温、抗氧化和结构稳定性等特点,负载Ni基催化剂用于甲烷催化重整可有效提升反应器稳定性,但相关研究较少。采用浸渍法将Ni-CeO_(2)/γ-Al_(2)O_(3)催化剂负载于3D打印制备的多孔结构和金属泡沫反应器,通过催化剂形貌、分布规律、相结构以及热稳定性的表征,研究了重整反应温度、浆料配比、反应器结构等因素对甲烷水蒸气重整效果的影响。结果显示,催化剂的最佳配比是PVA含量为3.5%(若无特殊说明,均为质量分数),Ni含量为19%,CeO_(2)和γ-Al_(2)O_(3)的含量分别为16%和2.5%。重整测试结果表明,负载催化剂前,重整反应温度低于700℃时,Inconel625和泡沫Ni多孔反应器重整得到的氢气浓度均低于13%(体积分数),而重整反应温度高于800℃时,Inconel625和泡沫Fe多孔反应器重整效果接近,但Inconel625稳定性优于泡沫Fe;负载催化剂后,NCA-I(Inconel625)样品始终表现出低于NCA-N(泡沫Ni)和NCA-F(泡沫Fe)的重整性能,这主要是因为NCA-I含有较多的Cr元素,高温下Cr氧化生成Cr2O3氧化膜,阻碍了反应气和Ni的接触,但测试后NCA-I样品表现出优异的稳定性,无明显脆化和断裂现象,可有效提升重整反应器的稳定性。

吸收强化甲烷水蒸气重整制氢Ni基复合催化材料的研究进展

阐述了吸收强化甲烷水蒸气重整制氢(SESMR)反应机理及其影响因素,重点从活性中心Ni,助剂(铝、镧、锆、镁、钴)掺杂和构型调整方面综述了SESMR工艺中Ni基复合催化材料的研究进展,还介绍了SESMR复合催化剂在应用中的再生、以及其他复合催化剂的研发情况。并指出:易积炭和高温烧结是Ni/CaO复合催化剂大规模应用于SESMR工艺的技术阻碍,如何降低复合催化剂在脱碳再生过程中的高温、高能耗是SESMR工艺应用的主要瓶颈,开发更加低成本、高活性、高稳定性的高效能SESMR复合催化材料是今后研究的核心。

甲烷水蒸气重整制氢技术研究进展

甲烷水蒸气重整(SRM)是简单经济的制氢方法。对甲烷水蒸气重整工艺的反应过程机理进行归纳,分析了制约甲烷水蒸气重整发展的各个因素,重点从催化剂的研究制备及分离强化技术等方面进行归纳总结,简述重整反应器的结构及特性。研究表明,制备活性高、抗积碳能力强、稳定性好的催化剂和氢气的分离提纯是未来重要的研究方向。

响应曲面法优化甲烷水蒸气重整制氢工况参数

基于Chemkin的蜂窝整体式反应器计算甲烷水蒸气重整中的甲烷转化率和氢气产率,得到不同工况参数(反应器温度、水蒸气与甲烷的摩尔比(水/碳比)和压力)对甲烷转化率和氢气产率的影响。采用响应曲面法以及Box-Behnken-Design模型对不同工况参数进行优化,建立以氢气产率为响应目标的响应模型。结果表明,水/碳比和反应器温度对氢气产率的影响最为显著。当反应器温度为1079.65 K、水/碳比为3.94、压力为0.11 MPa时,模拟3次的平均氢气产率为80.58%。采用化学反应过程仿真与数值结果预测相结合的方法,显著减少了仿真时间,提高了计算效率和精度。

甲烷水蒸气重整反应速率模拟与机理分析

氢能作为清洁能源,具有巨大的发展潜力。甲烷水蒸气重整技术是一种经济且环保的制氢方式,可产出高纯度氢并减少碳排放。但在该反应的链转移过程中,由于反应速率变化较快,目前反应机理尚不明确。采用CHEMKIN模拟软件,将甲烷水蒸气重整反应动力学模型与平推流反应器(PFR)进行耦合,在温度为1200 K、水碳比(物质的量比)为3.0和气体入口质量流量为0.01 g/s的反应条件下进行模拟。通过分析CH_(4)、H_(2)O及中间产物CH_(3)基元反应速率,确定了影响反应的主要物质,进而对反应机理(主要指反应路径)进行了深入分析。结果表明,水蒸气和CH_(4)在催化剂表面发生的吸附和解吸附反应以及H_(2)O(s)(s代表吸附态)和CH_(4)(s)在催化剂表面发生的解离反应对甲烷水蒸气重整反应的影响较大;CH_(4)(s)在催化剂表面的两种解离反应分别为直接解离和与O(s)发生反应解离,且与O(s)发生反应的解离速率要高于直接解离速率。CH_(4)(s)在催化剂表面的反应路径为CH_(4)(g)→CH_(4)(s)→CH_(3)(s)→CH_(2)(s)→CH(s)→C(s),其中CH_(4)(g)→CH_(4)(s)→CH_(3)(s)对反应的影响最大。H_(2)O(g)同样吸附在催化剂表面,其反应路径为H_(2)O(g)→H_(2)O(s)→OH(s)→H(s)。

空速对平板微反应器内甲烷水蒸气重整的影响

采用计算流体力学软件FLUENT中的通用有限速率模型,应用表面反应动力学机理,对平板微反应器中Ni/γ-Al2O3催化剂涂层上甲烷蒸气重整制合成气进行了二维的数值分析计算,分析了催化空速(CSV)和体积空速(GSV)对甲烷蒸气重整性能的影响。在计算过程中,忽略了甲烷的空间反应的影响,只考虑催化表面上的反应。计算结果表明,较小的催化空速和体积空速能够获得较高的甲烷转化率和氢气产量;除催化空速和体积空速外,反应通道高度对重整性能也是一个重要的影响因素。

甲烷水蒸气重整反应研究进展

甲烷水蒸气重整(SMR)作为可与多种高温发电系统耦合的燃料供应过程,目前受到相当普遍的重视。本文从SMR的过程和反应机理、甲烷重整催化剂材料和性能评价、传统反应器和微反应器的SMR性能比较,以及耦合SMR系统的匹配等方面,对SMR反应的研究进展进行了归纳和分析。分析结果表明,目前与固体氧化物燃料电池(SOFC)耦合的SMR反应,尤其是与非传统的微小型反应器匹配的催化剂材料、反应器结构设计、结构与材料一体化的研究都有待深入。

吸收增强式甲烷水蒸气重整制氢实验研究

利用固定床反应器对吸收增强式甲烷水蒸气重整制氢反应进行了考察，研究了温度、甲烷流量、颗粒粒径和吸收剂种类等参数对反应过程的影响。结果表明，吸收增强式制氢反应过程最佳反应温度受热力学和动力学两方面因素影响；常压下以CaO为吸收剂时，最佳反应温度为600℃-700℃；CH。流量的选取要根据反应器内吸收剂的量与吸收增强段持续时间综合比较而定；颗粒粒径大于90μm，分析纯CaO和新型钙基CO2吸收剂CaO／Ca12Al14O33均能达到较好的吸收增强效果。

高温燃料电池甲烷水蒸气重整反应催化剂研究分析

甲烷水蒸汽直接内重整高温燃料电池(DIR-HTFC)能够实现物质与能量的双重耦合,具有广阔的应用前景。但甲烷水蒸汽重整催化剂易积炭失活,严重限制了DIR-HTFC的应用。本文详述了甲烷水蒸汽重整催化剂在提高活性与抗积炭方面的研究进展,并结合HTFC,从操作条件出发,分析了温度、水碳比、压力与空速对催化剂活性与抗积炭性的影响。

甲烷水蒸气重整与甲烷无氧芳构化反应耦合提高Mo/MCM-49催化剂稳定性(英文)

甲烷无氧芳构化(MDA)和甲烷水蒸气重整(MSR)的耦合反应可以大幅度提高甲烷无氧芳构化反应的稳定性.单独的甲烷无氧芳构化反应失活较快,甲烷转化率从0.5h的14.5%很快下降至15h的3.5%.而采用联合MSR/MDA反应体系,甲烷的转化率从12.5h的11.5%非常缓慢地下降至60h后的6.5%.MSR反应原位生成的CO和H2能降低反应中生成的CHx物种数量,减少催化剂上积炭的生成,进而延长反应时间.MSR反应过程中高比例H2的生成更能有效地减少与B酸相关的积炭的生成,从而更好地抑制反应的失活.

Ni/γ-Al2O3/FeCrAl丝网催化剂的制备及其甲烷水蒸气重整制氢催化性能

采用浆液法制备用于甲烷水蒸气重整制氢(MSR)的Ni/γ-Al2O3/FeCrAl网状催化剂,利用扫描电子显微镜、X射线衍射、氮气物理吸附、热震法和超声振荡法研究该催化剂的表面形貌、晶型结构、孔特性、热稳定性和涂层与基体间的结合性能。采用自行搭建的MSR试验系统,以甲烷转化率为指标对自制网状催化剂和商用颗粒型催化剂在不同反应温度和空速下的催化性能进行评价。结果表明:与商用颗粒型催化剂相比,自制网状催化剂具有更大的比表面积,在高空速下的甲烷转化率明显更优;但自制网状催化剂应用于MSR反应还存在产物中CO含量较高、催化剂易积炭等问题,有待进一步优化催化剂的活性组分。

三维有序大孔钙钛矿型氧化物LaFe0.7Co0.3O3的合成及甲烷化学链水蒸气重整性能

采用无皂乳液聚合法制备聚苯乙烯(PS)微球,通过自组装得到排列均匀有序的聚苯乙烯(PS)胶晶模板,然后经过浸渍和煅烧得到三维有序大孔(3DOM)钙钛矿型氧化物LaFe_(0.7)Co_(0.3)O_3。通过扫描电镜、透射电镜和X射线衍射等手段对制备的3DOM钙钛矿型氧化物LaFe_(0.7)Co_(0.3)O_3的物理化学性能进行表征。在固定床反应器上考察3DOM LaFe_(0.7)Co_(0.3)O_3的甲烷化学链水蒸气重整性能。结果表明,聚苯乙烯(PS)微球粒径受苯乙烯单体使用量的影响,随着苯乙烯单体使用量的增加聚苯乙烯(PS)微球粒径呈增大的趋势;煅烧温度对三维有序大孔结构有显著影响,浸渍后模板在500℃煅烧下即能形成三维有序大孔结构比表面积达到19.820 m2/g,随着煅烧温度的升高三维有序大孔结构遭到部分破坏,在900℃煅烧下三维有序大孔结构遭到完全破坏。在氧载体与甲烷的反应前期,气体产物中CO2含量较高,是表面吸附氧将甲烷完全氧化所致,在表面吸附氧消耗完后体相晶格氧将甲烷部分氧化生成H2与CO。在水蒸气氧化阶段,水蒸气与还原态的氧载体发生反应生成氢气,产氢率为4.0-5.0 mmol/g。同时水蒸气氧化阶段气相产物中CO和CO2含量很低,说明3DOM LaFe_(0.7)Co_(0.3)O_3具有优秀的抗积炭性能。

吸收增强式甲烷水蒸气重整制氢循环反应模拟

吸收增强式甲烷水蒸气重整制氢反应可以生成高浓度的H2和较低浓度的CO、CO2。研究建立了考虑钙基吸收剂活性下降对吸收增强式甲烷水蒸气重整制氢过程影响的多次循环反应模型,在实验数据验证的基础上,计算了三种吸收剂活性下降特性对吸收增强式重整制氢过程的影响。结果表明,对于石灰石吸收剂,产生高纯H2的时间随循环次数的增加而急剧下降;白云石循环反应活性提高,产生高纯H2的时间随循环次数的增加而缓慢下降;CaO/Ca12Al14O33的循环使用次数明显大于石灰石和白云石。

催化剂薄层内甲烷水蒸气重整反应强化管内对流换热的数值模拟

本文以竖直圆管内壁催化剂薄层内发生甲烷水蒸气重整反应强化对流换热作为研究对象,对其进行了数值模拟．结果发现,催化剂薄层内的吸热化学反应可以有效地强化对流换热,降低流体和壁面温度,从而对壁面起到保护作用;极限热流密度的大小与流体的入口温度有关,存在最佳入口温度使极限热流密度最大．

甲烷重整催化剂研究与进展

作为天然气的主要成分,甲烷可以通过重整反应大规模制氢,还可以与固体氧化物燃料电池配合进行高效发电,大规模应用减碳效果显著,是实现我国双碳目标的重要技术保障。简述了甲烷水蒸气重整制氢的反应条件,分别从催化剂活性组分材料、载体材料、助剂材料的种类以及制备工艺等方面综述了甲烷重整催化剂的研究进展,并分析了提高重整催化剂性能的方法。研究发现选择金属Ni活性组并掺杂钙钛矿、尖晶石等载体和介孔类助剂的使用,可以有效提高活性元素的分散性、调控催化剂的酸碱度和电子结构,获得积碳少、甲烷转化率高的高性能重整催化剂。此外,合理的制备工艺和热处理条件也会显著提高催化剂活性元素的分散性与表面状态,使其重整性能获得进一步提高。

Ni/αAl_2O_3催化剂上甲烷水蒸气重整本征动力学

在消除扩散影响的条件下 ,在装填工业Ni/α Al2 O3催化剂的微分反应器内进行了甲烷水蒸气重整的本征动力学研究。实验证明在低产物浓度时H2 ,CO和CO2 为主要产物 ,且两者的生成速率均与CH4分压成正比 ,同时CO的生成速率与CO2 分压成正比关系 ,而CO2 的生成速率与H2 O分压成正比关系。考虑了 5种可能的模型推导了本征动力学方程 。

催化剂颗粒形状对甲烷水蒸气重整反应的影响及工业反应器模拟

甲烷水蒸气重整工艺是现阶段最主要的工业制氢技术,催化剂颗粒形状和反应器操作条件是影响重整反应器性能和产物组成的重要因素。首先从颗粒尺度研究催化剂形状对甲烷水蒸气重整反应的影响,在不同的反应温度和压力下,计算并比较了球形、柱形和环形催化剂的效率因子,其大小顺序为:柱形<球形<环形。其次,将反应器床层的质量、热量和动量传递与环形催化剂颗粒的扩散-反应方程相结合,建立了用于描述甲烷水蒸气重整工业反应器的一维轴向数学模型。计算并分析了反应器进口温度和压力对反应器床层的温度和压力分布、催化剂效率因子以及甲烷转化率和各组分浓度分布的影响,确定了适宜的工业反应器进口温度和压力,分别为773 K和3 MPa。

内燃机内甲烷水蒸气重整特性分析

为了较为系统地认识甲烷水蒸气重整反应对内燃机性能的影响。应用HSC 5.1软件对甲烷水蒸气重整反应在不同反应温度和水碳比的工况下进行分析,然后应用Chemkin-pro程序,计算了在相同供热量下甲烷水蒸气重整气在不同物质的量比下比CH_4的燃CH_4消耗降低率。结果表明,提高反应温度和水碳比可提高CH_4的转化率;当温度为700℃、水碳比为3时,发热量提高了13.58%,在供热相同情况下,燃CH_4消耗量可减少11.96%,CH_4的转化率越高,循环效率越高;重整气效率比纯天然气高,随着物质的量比降低,重整气优势降低。

基于甲烷水蒸气重整的SOFC耦合系统性能研究

甲烷水蒸气重整固体氧化物燃料电池(SOFC)系统主要包含了甲烷水蒸气重整制氢/供气单元、SOFC电堆单元、电化学测试单元等,系统通过换热器将SOFC电堆单元的余热回收再利用,可实现能源的梯级高效利用,具有良好的发展前景。针对系统中影响因素较多的甲烷水蒸气重整供氢单元进行了研究,通过调整重整反应的不同重整温度、水碳比等影响因素,对比分析了不同工况下CH4转化率的变化规律;在最优工况下,实现了甲烷水蒸气重整制氢/供气单元和SOFC电堆单元的直接耦合,对SOFC电堆进行了性能测试,并对比分析了耦合后的系统性能,提出进一步的优化方案。