二甲醚重整制氢新型催化剂的制备及活性研究

针对二甲醚水蒸气重整制氢中两步反应的特点,制备了Cu-Mo2C/Al2O3双功能催化剂.采用XRD、SEM、TEM及XPS等手段对该催化剂的形貌及结构进行表征.结果显示,Mo2C及Al2O3均匀混合,催化剂表面疏松多孔;Cu粒子均匀负载,负载Cu之后催化剂粒径减小,催化活性增强.性能测试显示在400℃及450℃反应区间二甲醚的转化率最高,接近100%,H2的生成速率最高能够达到1482μmol/(min·g).导致催化剂活性下降的主要原因为反应系统中的水蒸气和Mo2C之间反应使得催化剂的表面氧物种含量大幅增加,导致催化剂表面的活性位被表面氧物种覆盖.

生物质气化剩余炭粉制备成型活性炭性能研究

以木屑气化剩余炭粉为原料,通过添加活化助剂次氯酸钙和使用黏结剂羧甲基纤维素钠、沥青、酚醛树脂成型,经炭化、水蒸气活化,制得成型活性炭。考察了黏结剂种类和添加量、活化助剂添加量、水蒸气活化条件对制备活性炭性能的影响,结果发现:沥青、酚醛树脂作黏结剂时,单独和配合使用都可以制备性能较好的成型活性炭;活化助剂的添加有利于提高制备活性炭的吸附性能,但会影响活性炭强度和得率。当活化助剂添加0.3 g、水蒸气活化温度850℃、水蒸气活化时间45 min、水蒸气流量1.5 mL/min时,沥青(添加量25 g)为黏结剂制备的活性炭AC1、酚醛树脂(添加量6 g)为黏结剂制备的活性炭AC2、沥青(添加量10 g)和酚醛树脂(添加量3 g)共为黏结剂制备的活性炭AC3,3种样品的碘吸附值最高超过900 mg/g,亚甲基蓝吸附值最大达180 mg/g,强度最高为99%,得率最高为32.9%;活性炭的微孔率最高大于83%,比表面积和总孔容积最大达697.04 m 2/g和0.38 cm 3/g。

木质活性炭精制稻米油应用研究

在分析活性炭物化性能的基础上,探讨了4种化学法和2种物理法活性炭对四级稻米油的精制效果,并考察了工艺条件对四级稻米油精制效果的影响;通过溶剂法对吸附后活性炭进行再生,进一步分析了再生活性炭对稻米油的精制效果,以及再生过程中稻米油和谷维素的回收情况。研究结果表明:焦糖脱色率是影响活性炭对四级稻米油精制脱色效果的关键因素;化学法活性炭CAC4精制稻米油的最佳工艺条件为吸附温度50℃、振荡吸附时间30 min、一次性投加,此条件下且活性炭添加量30%精制后稻米油的色泽度为黄30、红3.0(罗维朋比色槽宽度133.4 mm),达到一级稻米油的标准,谷维素质量分数0.24%,谷维素损失率89.25%,稻米油损失率46.70%;CAC4吸附2次时对稻米油仍有明显的精制脱色效果。活性炭的再生结果表明:再生后活性炭的吸附性能基本恢复,具有较好的稻米油精制效果,三次再生CAC4精制稻米油的色泽度为黄30、红2.5;同时活性炭再生过程中可实现稻米油和谷维素的有效回收,以及色素分子的选择性分离。

基于锅炉出口蒸汽压力的生物质气化热能转换一体化系统的自适应智能控制

本文描述了一个以上吸式生物质气化炉、生物质气燃烧器及蒸汽锅炉组成的一体化生物质能热转换系统的自适应智能控制方法。系统以PLC为工具,以锅炉出口蒸汽压力为控制参数,根据锅炉出口蒸汽压力的变化,自动调节气化炉的供料量与产气量,并随之调节燃烧器的空气供应量,最终实现随蒸汽压力的改变而自动调节锅炉供热量的目标。以生物质气化为基础的一体化供热及自适应智能控制系统已经在工业应用中得到可靠验证。

中部出气的上吸式固定床气化炉及其自动控制的料斗供料系统设计

改进的固定床上吸式生物质气化炉,以锥形下料裙将气化炉分成气化室与储料室两部分,出气口设在下料裙死角处。输出的产出气温度在300℃以上、灰分少、热值高,气化效率高,兼具上吸式与下吸式气化炉的优点,有效解决了常规上吸式气化炉产出气中焦油含量高、热值低问题。自动控制的料斗供料方式保证了气化炉运行的可靠性与安全性,扩展了生物质木料的适用范围。实现产出燃气在蒸汽锅炉中代替煤、木材、油燃烧,可有效解决中小企业的用能问题,达到节能减排的目的。

改进型生物质上吸式固定床气化炉的应用与效益分析

生物质能源具有可再生性、低污染性、广泛的分布性等特点,是一种理想的可再生能源,也是一种重要的环境友好型的新能源。目前,国内生物质气化装置普遍存在产出可燃气中焦油与氮气含量较高、热值较低、气化效率较低和自身热损失较大等问题,对生物质上吸式固定床气化炉进行了改进,着重介绍了改进型生物质气化炉的各项技术指标,并对在现有燃煤、燃油锅炉应用改进型上吸式固定床气化炉后的环境效益、经济效益和社会效益及节能减排效应进行了分析。

秸杆生物质在上吸式固定床气化炉中的气化特性分析

生物质是可再生的重要资源之一,具有取之不竭、用之不尽的特点,作为今后能源发展的重要方向具有战略意义。通过对固定床气化炉进行改进,研制了上吸式固定床气化炉,作为秸秆等生物质的气化设备,研究和开发高效率气化设备。针对水稻、油菜和棉花等3种生物质秸秆气化应用表明,气化效率分别为73.2%、75.5%和77.8%,符合Q/BD1-2013产品标准的要求,气体主要以H2、N2、CH4、CO和CO2等为主,并含有少量的C2H2、C2H4和C2H6等,锅炉烟气中的SO2、NOx、烟尘排放浓度和黑度均达到GB13271-2001排放标准限值的要求,不需对锅炉烟气中污染物进行治理就可直接排放。

CO_2钙基吸附剂在急速加热下释放机理的研究

利用自主开发的急速加热和快速质谱气固相反应分析仪进行了CO_2钙基吸附剂N2气氛中300℃/s、500℃/s、600℃/s、800℃/s高加热速率下释放机理的研究,实验发现CaCO_3的热分解速率随着加热速率的提高而提高。根据最可几动力学模型函数判定方法,求得动力学三因子为:E=129.38 kJ/mol,n=6/5,A=806 129 s^(-1),反应动力学模型函数为:f(α)=5/2(1-α)[-ln(1-α)]^(3/5)。结果表明,急速加热器中CaCO_3分解反应速率比在热重分析仪(thermo gravimetric analyzer, TGA)中快,活化能小于同条件下TGA测得的活化能,且动力学机理符合随机成核及长大模型,与TGA等慢速加热实验中测得的收缩核模型存在较大差异。

改进型固定床上吸式气化炉及其在蒸汽锅炉中的代油燃烧应用

在蒸汽锅炉进行生物质能源改造中,生物质气化燃气代替煤、油具有成本、环保、政策方面的优势,但必须解决焦油的二次污染问题。本文提出以改进型即中部出气固定床上吸式气化炉生产生物质可燃气,及焦油成分随燃气直接在锅炉炉膛燃烧的技术路线,并以2 T/h蒸汽锅炉为例对气化炉的主要结构参数进行设计计算。采用基于锅炉输出蒸汽压力的气化炉鼓风自适应控制方法实现系统的闭环控制。最后通过实际应用案例实测数据的热能计算证明生物质气化燃气在蒸汽锅炉中代替煤、油燃烧的可行性。

木炭水蒸气催化气化制取合成气

以木炭为原料,选用KOH、K_2CO_3、KHCO_3、KNO_3为催化剂,在上吸式固定床气化炉中,进行水蒸气催化气化制取合成气实验。考察了不同催化剂、催化剂用量、水蒸气流量、气化温度对木炭水蒸气气化的炭转化率、产氢率、气体组成体积分数和H_2/CO值的影响。实验通过炭吸收催化剂溶液来负载催化剂,实验结果表明:4种催化剂都可提高木炭气化效率,在浸渍相同质量分数的催化剂溶液下,催化活性顺序为KOH>K_2CO_3>KHCO_3>KNO_3。碳转化率及产氢率都随着催化剂溶液浓度的增加而增大,但浓度过高增加趋势逐渐变缓,催化剂溶液质量分数在4%～6%较为合适。增加水蒸气流量,气体产物中H_2体积分数增大,H_2/CO值增大。升高温度可促进炭气化反应,950℃时碳转化率和产氢率分别达到98.7%和145.23g/kg。实验可得到H_2/CO比1.53～4.09范围间的合成气,可用于合成甲醇、甲烷、二甲醚等燃料。

质子交换膜燃料电池催化剂纳米铂材料研究进展

提高活性、降低贵金属担载量是质子交换膜燃料电池(PEMFC)催化剂的重点研究内容,纳米铂材料是提高阴极氧还原反应(ORR)活性的核心研究方向之一。基于对104篇文献的分析,综述了纳米铂颗粒的粒径、晶面和形貌对催化剂的活性和寿命的影响,以及纳米铂合金的成分和核-壳结构等因素对催化性能的影响。分析现有方法技术的优点和不足,提出催化剂有序化结构和优化ORR反应过程的研究方向。

Mo_2C/Al_2O_3的制备及其催化二甲醚水蒸气重整性能研究

通过浸渍沉淀法结合程序升温碳化法制备了Mo_2C/Al_2O_3复合催化剂,并应用于二甲醚水蒸气重整催化体系的研究。考察了二甲醚水解催化载体、水解功能组分Al_2O_3与重整功能组分Mo_2C的比例、反应物浓度对复合催化剂活性的影响。结果表明,β-Mo_2C与γ-Al_2O_3载体以Mo/Al=1/1耦合后能够高效催化二甲醚重整制氢,其最佳进料水醚比为5,最适反应温度为400℃。

热处理温度对Pt_(3)Co二元金属催化剂氧还原性能影响及泛函密度理论研究

制备低成本、高活性、高稳定性的铂(Pt)基氧还原反应(ORR)催化剂是质子交换燃料电池(PEMFC)大规模商业化应用的关键。以钴(Co)等非贵金属与Pt掺杂制备二元合金PtM催化剂不仅可以减少Pt用量,还可以获得高于Pt金属催化剂的ORR催化活性和稳定性。本研究使用浸渍还原法制备碳载铂钴ORR催化剂,通过控制热处理还原温度来控制纳米颗粒的结构、晶相、尺寸等,从而改善催化剂的ORR性能。XRD、TEM和电化学分析结果综合表明,热处理温度对纳米颗粒合金度和平均粒径有显著的影响,平均粒径和合金度随着热处理温度升高而增大。通过控制热处理温度可以获得粒径与合金度之间的最优值从而提高催化剂氧还原活性,实验表明,800℃是低粒径和高合金度的平衡点,在所有制备的催化剂中有最高的质量活性(0.41 A/mg_(Pt))和稳定性。进一步的密度泛函理论(DFT)计算表明高合金度的Pt_(3)Co结构表面可以降低速控步反应势垒,提高ORR活性。