零碳/低碳燃料固体氧化物燃料电池-发动机联合动力系统热力学分析

为响应能源动力领域低碳节能的战略需求,促进固体氧化物燃料电池(SOFC)商业化应用,设计了一种SOFC-发动机联合动力系统,以NH_(3)、H_(2)、天然气为燃料,并结合尾气余热梯级利用技术。首先建立并验证了系统的数学模型,然后对系统模型进行了热力学分析,探究了不同零碳燃料、低碳燃料应用时关键参数对系统性能的影响。结果表明:燃料流率增大时系统效率无明显变化,H_(2)作燃料时SOFC与发动机子模块效率最佳,但使用NH3系统总效率最高,可达81.96%;当量比保持在1时可使系统整体效率达到最优;蒸汽燃料比从0.8降低到0.2时系统总效率随之升高,但其过低也会导致系统经济性变差;理想条件下,该系统应用在动力机械装置中时,考虑到SOFC装置与发动机模块的耦合性,SOFC工作温度维持在600℃~650℃为宜。

船用含碳燃料碳转换系数修正研究

为深入分析国际海事组织(IMO)给出的船用含碳燃料碳转换系数的合理性,基于文献阅读法,追溯IMO碳转换系数的相关决议和提案,分析碳转换系数计算方法,发现IMO碳转换系数存在所采用的碳、氢、氧原子量近似值不统一,基础数据源未更新等问题,其会影响到国际海运碳排放精度。针对上述问题,修正了船用含碳燃料碳转换系数;计算得到IMO未给出的乙烷、生物汽油/柴油的碳转换系数;提出了适时修订船用含碳燃料碳转换系数的IMO提案,我国在引用IMO碳转换系数作为国内碳排放核算系数时应审慎对待等建议。

碳燃料固体氧化物燃料电池结构研究进展

直接碳燃料固体氧化物燃料电池(direct carbon-fueled solid oxide fuel cells,DC-SOFC)是一种通过电化学过程将碳燃料的化学能直接转化为电能的发电装置,具有优异的发电效率、高的燃料利用率及低的碳排放。然而,相比气体和液体燃料,固体燃料的流动性较低,因此如何提高固体燃料传输速率并有效促进阳极反应动力学过程,以及在工作状态下高效、便捷地添加燃料是目前DC-SOFC要解决的关键问题。本文综述了近年来直接碳固体氧化物燃料电池结构的研究进展,总结了电池宏观结构与阳极微观形貌方面的发展,讨论了碳燃料固体氧化物燃料电池亟待解决的问题及发展方向。

固体氧化物直接碳燃料电池阳极反应过程分析

以氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)为电解质组装成直接碳燃料电池(DCFC),分别以活性炭(AC)、石墨(G)、神府半焦(SC)作为DCFC燃料,研究了碳燃料的特性、电池操作温度以及阳极反应气氛等对DCFC阳极反应过程的影响。结果表明,三种碳燃料在空气、CO2气氛中氧化反应活性顺序为AC>SC>G,当三种碳材料作为DCFC燃料时,活性炭作为燃料的DCFC性能最好,半焦燃料次之,石墨作为燃料的DCFC性能最差,而且燃料反应活性与其表面含氧官能团、孔隙结构有关;DCFC的阳极反应过程存在碳燃料直接氧化为CO2、CO2与C反应转化为CO,以及CO氧化为CO2等。

直接碳燃料电池燃料的研究进展

直接碳燃料电池(DCFC)具有能量转化效率高、污染低、燃料来源广等优点,是缓解能源危机和环境污染的一种有效途径,其性能与所使用的燃料密切相关。本文介绍DCFC的发展历史、研究现状及发展动态,评述了煤、焦炭、活性炭、石墨等含碳物质作为DCFC燃料的优缺点,分析讨论了碳燃料的晶体结构缺陷、表面含氧官能团对阳极电化学反应的促进作用,以及碳燃料的电解质润湿能力、孔隙结构、电导率、粒径大小对阳极电化学反应的质量传递与电荷传递的相互关系;探讨了阳极催化剂促进阳极反应并提高电池性能的机制;简要讨论了DCFC碳燃料的未来发展趋势。

合成气制低碳燃料醇工业侧线模试

在接近工业操作条件下,综合考察催化剂制备放大、工业粒度催化剂、反应器放大及工业合成气等放大效应对合成气制低碳燃料醇催化反应的影响。在模试反应器中采用多段蛇管换热及移热与催化剂床层合理稀释,从而保证反应温度均匀。在模试中较系统地考察了温度、压力、空速及合成气中CO_2含量对合成低碳燃料醇反应的影响。在400—405℃,14—15MPa,尾气空速4000h^(-1)条件下进行了1000小时寿命试验,结果良好。低碳燃料醇的时空产率为0.21—0.25升醇/升催化剂/小时。在燃料醇中,甲醇占74—77%,异丁醇12—15%。本工作为合成气制低碳燃醇料工业试验装置的基础设计提供数据。

直接碳燃料电池活性炭制备的实验研究

以KOH为活化剂,采用化学活化法对橡木锯屑制取活性炭进行了实验研究。考察了活化温度、碱炭比和活化时间对活性炭比表面积的影响,得到了制取活性炭的最优工况,随后对此工况下的活性炭先后使用HNO3浸渍和乙酸镍Ni负载。结果表明,最优工况下制备的活性炭比表面积为1967m2/g。HNO3浸渍可以增加活性炭表面含氧官能团的种类和含量,也能较大程度地降低活性炭的灰分,乙酸镍Ni负载后,活性炭体积电阻率降低了很多。

直接碳燃料电池(DCFC)实验研究

直接碳燃料电池是一种高效、清洁的燃料电池技术,其原理是碳和氧气勿需气化和重整而直接通过电化学反应产生电能,效率可达80%,燃料利用率约达100%。自行组装了DCFC单体电池,工作温度为500～700℃;该电池采用熔融氢氧化物作电解质,并掺入一定量的催化剂;石墨作阳极,不锈钢作阴极,加湿氧气作氧化剂。对不同的电解质、不同的氧气流量下DCFC的输出性能进行了试验研究。结果表明,KOH比NaOH的导电性好,电池运行更稳定,更有利于电池的输出;氧气流量为70mL/min时,该电池的输出性能最佳,最大电流密度、功率密度分别为105mA/cm2和0.041W/cm2,开路电压达到0.74V。电流密度为45mA/cm2时,输出电压0.65V,可连续稳定运行20h。提出了热解-直接碳燃料电池联合系统,并以C10H22为例,分析了联合系统发电效率高达76.5%,表明该系统在未来集中式电厂中有很好的应用前景。

固体氧化物直接碳燃料电池研究进展

固体氧化物直接碳燃料电池(solid oxide direct carbonfuel cell,SO-DCFC)在煤炭清洁利用方面具有独特优势,近年来受到研究人员的广泛重视。在对SO-DCFC基本概念与特点介绍基础上,对其中3个重要研究内容,即阳极反应机制、机制建模与模拟、及性能改进与优化方面的研究现状和进展进行了综述分析,指出SO-DCFC阳极反应机制与碳燃料和阳极接触方式密切相关,对其性能改进极为重要;碳燃料与阳极直接物理接触时基本不发生碳的直接电化学反应,碳燃料与CO2的气化反应是影响SO-DCFC性能的速率控制步骤;目前SO-DCFC模拟研究工作较少,应加强SO-DCFC机制建模与模拟工作;通过引入碳燃料催化气化和抑制阳极CO积炭能显著改善电池性能。

直接碳燃料电池技术研究进展分析

直接碳燃料电池(Direct Carbon Fuel Cell,DCFC)能够直接将固体碳燃料中的化学能高效、清洁地转化为电能,对煤炭的合理利用、污染物控制以及CO2减排具有重要意义。目前已开发出以熔融碳酸盐、熔融氢氧化物和固体氧化物作为电解质的多种DCFC,但与其它燃料电池技术相比,研究尚处于起步阶段。本文综述了DCFC技术的发展历程及研发现状,对现有DCFC加以分类,分析比较了其各自工作机理、性能特点以及在CO2减排方面的特性。在总结各类DCFC所面临的技术难题基础上,展望了直接碳燃料电池技术今后可能的发展方向。

直接碳燃料电池竹质活性炭的制备

以K2CO3为活化剂,竹片为原料,采用化学活化法制取直接碳燃料电池(direct carbon fuel cell,DCFC)用活性炭,考察碱炭比、活化时间和活化温度对活性炭比表面积、孔容积、体积电阻率和灰分的影响,然后使用HNO3浸渍来实现活性炭表面改性和除灰,最后通过半电池实验分析了自制活性炭的性能。结果表明:活化温度为900℃、碱炭比为1、活化时间为2h时可制备比表面积为1264.38m2/g、孔容积为0.625m3/g、体积电阻率为1568.7μΩ·m、灰分为7.14%的活性炭;HNO3浸渍可以增加活性炭表面含氧官能团的种类和含量,也大大降低活性炭的灰分,最佳HNO3浸渍为2mol/L;自制活性炭在半电池中的极化性能优于其他2种炭燃料。

不同电解质碳燃料电池性能研究

直接碳燃料电池（DCFC）是一种高效、清洁的燃料电池技术，效率可达80％。组装了DCFC单体电池，工作温度为500～700℃，采用熔融氢氧化物和混合熔融碳酸盐作电解质，石墨作阳极，不锈钢作阴极。对不同的工作温度、电解质、氧气流量下DCFC的输出性能进行了研究。结果表明，随着工作温度的升高，电池输出性能有很大的提高，同温度下，熔融氢氧化物比熔融碳酸盐的导电性好，电池性能更好，采用氢氧化钠为电解质，氧气流量为70mL／min，温度650℃时，电池电流密度、功率密度分别可达118mA／cm2和0．054W／cm^2，开路电压达到0．76V.

直接碳燃料电池性能研究

直接碳燃料电池(DCFC)勿需碳和氧气气化、重整,而直接通过电化学反应产生电能,效率可达80%,燃料的理论利用率可达100%,是一种高效、清洁的燃料电池。文章所介绍的组装DCFC单体电池,以石墨作阳极,不锈钢作阴极,加湿氧气作氧化剂,采用熔融氢氧化物作电解质,并掺入一定量的催化剂,该电池工作温度为500～700℃。对不同工作温度、不同电解质和不同氧气流量下DCFC的输出性能进行了试验研究。结果表明:随着工作温度的升高,电池输出性能有很大提高;KOH比NaOH的导电性好,电池运行更稳定,更有利于电池的输出;氧气流量为70 mL/min,温度为650℃时,该电池的输出性能最佳,最大电流密度、功率密度分别为118 mA/cm^2和0.054 W/cm^2,开路电压达到0.76V。

直接碳燃料电池阳极反应特性研究

直接碳燃料电池(DCFC)具有能量转化效率高、污染低、燃料来源广等突出优点,被认为是缓解能源危机和环境污染的有效途径,而固体氧化物直接碳燃料电池(SO-DCFC)因其腐蚀性小、寿命长等优点是一种具有发展潜力的燃料电池。以氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)为电解质组装对称电池,研究操作温度、阳极燃料特性、阳极气氛等对电池性能的影响。结果表明,随着操作温度的降低,电池欧姆电阻变大,电池性能下降。阳极燃料特性是影响电池性能的关键因素,以活性炭、半焦、石墨为燃料的DCFC性能顺序为活性炭>半焦>石墨;燃料中混合碳酸盐能明显改善DCFC性能,当碳酸盐混合半焦作为燃料时,电池功率密度达到25 m W/cm2。阳极载气为CO2能促进阳极CO生成,提高电池性能,而N2载气稀释阳极反应气浓度,降低电池性能。

橡木锯屑制备直接碳燃料电池活性炭

以橡木锯木屑为原料,K2CO3为研究活化剂,采用化学活化法制备DCFC用活性炭,着重考察了碱炭比、活化温度、活化时间对活性炭的比表面积、孔隙率的影响,同时采用HNO3浸渍对活性炭表面进行改性及镍负载对活性炭导电性能进行改善。研究结果表明:当碱炭比为1、活化温度为900℃、活化时间为120min时,活性炭比表面积达1240m2/g,孔容积为0.768m3/g;镍负载后的活性炭体积电阻率明显下降;HNO3浸渍后,活性炭表面含氧官能团增多,灰分明显减少,但比表面积有一定下降,而体积电阻率增加明显。

合成气制低碳燃料醇工艺条件考察与宏观动力学

考察了温度(360-440℃)、压力(12-16MPa)和尾气空速(4000-8000h^(-1))等工艺条件及合成气组成(H_2/CO=2～7,CO_21-6%)对合成醇反应的影响。在基本消除内外扩散影响的条件下,对宏观动力学进行研究,采用简化动力学方程,求得各主要反应的速度方程式。本工作为模试提供了合适的工艺参数,并为工业放大提供了设计依据。

直接碳燃料电池技术发展

直接碳燃料电池(DCFC)是碳燃料与空气发生电化学反应,将化学能直接转化为电能的发电装置,其能量转化效率高达80%以上。根据电解质的不同DCFC可分为熔融氢氧化物电解质DCFC、熔融碳酸盐电解质DCFC及固体氧化物电解质DCFC。论述了不同DCFC的工作原理及性能,分析了可能对DCFC性能产生影响的因素,同时介绍了目前具有代表性的DCFC结构及研究现状。

煤基直接碳燃料电池硫处理工艺探索

煤炭是我国的主要能源,以燃烧煤为主的煤炭利用过程产生了大量的温室气体CO2、含硫化合物气体等。通过煤基直接碳燃料电池发电,理论热力学效率接近100%,而且可以实现CO2的零排放,是煤高效、低碳洁净利用的关键技术,其大规模推广应用却受到原煤含硫化合物引起的硫中毒的制约。通过对现有煤脱硫工艺进行分析,提出洗选→化学氧化→电化学氧化→离子液体萃取→溶剂萃取→高温固硫(PCESTO)阶段联合处理工艺对原煤进行脱硫处理,可以有效降低煤中硫含量,定向转化直接碳燃料电池中硫的存在形式,减少和消除硫对直接碳燃料电池电极的毒化作用。

合成低碳燃料醇脱水过程中的气相色谱分析

合成低碳燃料醇中含有10％以上的水,脱水后才能作为汽油添加剂。本文对GDX系列和Porapak系列固定相进行了筛选,采用GDX-403对常量水和C_1-C_5醇同时进行分析。用GDX-202或263对水和C_1-C_5醇以及共沸剂环己烷都可进行分析。

直接碳燃料电池研究进展

直接碳燃料电池是一种按电化学方式直接将碳的化学能转化成电能,而不经过燃烧过程的发电方法。对直接碳燃料电池的工作原理、性能影响因素进行了综述,并对它存在的问题和今后的研究方向做了探讨。