学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

二甲醚重整制氢系统的实验研究

作　者: 邹卫兵
导　师: 马建新
学　校: 华东理工大学
专　业: 环境科学与工程
关键词: 二甲醚双功能催化剂水蒸气重整变压吸附制氢
分类号: TQ116.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 94次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

能源是人类生存不可或缺的物质基础,是社会经济向前发展的动力。经济的飞速发展带来了能源短缺和环境污染的双重危机,为此世界各国都在积极进行可再生能源的研究,特别是以氢为燃料的燃料电池汽车得到迅速发展。但氢气的使用尚存在运输及储存等问题,解决方法之一是寻找一种液体原料实现小规模现场制氢或车载制氢。二甲醚由于具有含氢量高,无毒、无“三致”作用,环境友好,易于存储和运输,且与液化石油气(LPG)相似等优点,从而成为一种理想的用于现场重整制氢的液体原料,其相关研究也成为近期的热点。二甲醚水蒸气重整制氢不仅扩展了二甲醚在燃料方面的应用领域,而且有利于环境保护,因此该工艺兼有能源开发和环境保护的双重意义。本文以质子交换膜燃料电池的应用为背景,在前期开发出具有较优催化活性的Cu-Ni/γ-Al2O3催化剂体系以及系统模拟的基础上,考察了制备条件和操作工艺条件对该催化剂性能的影响,然后搭建了一套包括水蒸气重整工艺、CO高温变换工艺及变压吸附提纯工艺的二甲醚水蒸气重整制氢系统,并开展相应实验研究。主要研究内容和结论如下：(1)分别用沉积-沉淀法与浸渍法制备了二甲醚水蒸气重整催化剂Cu-Ni/γ-Al2O3,考察了制备方法对催化剂性能的影响。结果表明,用沉积-沉淀法制备的催化剂具有较好的二甲醚水蒸气重整活性与稳定性。然后考察了焙烧温度对催化剂Cu-Ni/γ-Al2O3的结构及催化性能的影响,500℃焙烧的催化剂BET比表面积及孔容孔径适中,随着焙烧温度的升高,以尖晶石态存在的铜组分比例逐渐增加,金属Cu的粒径也从12.6 nm增至33.2 nm。催化剂活性随着焙烧温度的增加先升高后减小,较优的焙烧温度为500℃。(2)在连续流动的固定床反应器内,进行了二甲醚(DME)水蒸气重整制氢反应的研究,考察了还原温度、反应温度、系统压力、气体空速以及催化剂粒径与反应器管径比等工艺条件对Cu-Ni/γ-Al2O3催化剂上二甲醚水蒸气重整制氢反应性能的影响。实验结果表明,较优的工艺条件为：催化剂还原温度为400℃,反应温度为350℃,常压,气体进料空速为3240mL·(gcat·h)-1,催化剂粒径与反应器管径比为1/13-1/26。(3)搭建了一套包括水蒸气重整工艺、CO高温变换工艺及变压吸附提纯工艺的二甲醚水蒸气重整制氢系统。利用自制的Cu-Ni/y-Al2O3催化剂重整二甲醚制取富氢气体,将商业化的B113型高(中)温变换催化剂用于水气变换反应,使出口气中CO的含量降至8%左右,然后经过变压吸附装置提纯氢气,使产品气中的CO浓度降至4 ppm左右。经过130 h的实验,结果表明系统能够稳定运行,系统产氢量为700 mL/min。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
引言  9-12
第1章文献综述  12-30
  1.1 二甲醚及其在燃料电池中的应用  12-16
    1.1.1 二甲醚的特性、合成与用途  12-14
    1.1.2 二甲醚在燃料电池中的应用  14-16
  1.2 二甲醚水蒸气重整制氢催化剂  16-19
    1.2.1 非贵金属催化剂  17-19
    1.2.2 贵金属催化剂  19
  1.3 氢气的分离提纯技术进展  19-22
    1.3.1 氢的分离提纯方法  20
    1.3.2 变压吸附技术在氢气提纯中的应用  20-22
    1.3.3 膜分离技术在氢气提纯中的应用  22
  1.4 制氢系统中重整反应器的研究进展  22-24
    1.4.1 管式反应器  22-23
    1.4.2 板式反应器  23-24
    1.4.3 微通道反应器  24
  1.5 重整制氢系统的研究进展  24-30
第2章实验方法  30-35
  2.1 实验所用化学药品与试剂  30-31
  2.2 实验所用设备、仪器与仪表  31
  2.3 催化剂的制备  31-32
  2.4 催化剂的表征  32
    2.4.1 比表面积及孔结构(BET)  32
    2.4.2 X射线衍射(XRD)  32
    2.4.3 程序升温还原(TPR)  32
    2.4.4 NH_3程序升温脱附(NH_3-TPD)  32
  2.5 催化剂的活性评价  32-35
    2.5.1 反应装置  32-33
    2.5.2 催化剂的活性评价  33-35
第3章 Cu-Ni/γ-Al_2O_3催化剂的性能考察  35-48
  3.1 催化剂制备条件的优化  35-42
    3.1.1 制备方法对催化剂的影响  35-38
    3.1.2 焙烧温度的影响  38-42
  3.2 操作条件对催化剂的影响  42-46
    3.2.1 还原温度的影响  42-44
    3.2.2 反应温度的影响  44
    3.2.3 操作压力的影响  44-45
    3.2.4 气体空速的影响  45-46
    3.2.5 催化剂粒径与反应器管径比的影响  46
  3.3 本章小结  46-48
第4章二甲醚重整制氢系统  48-66
  4.1 重整制氢系统的设计  48-57
    4.1.1 重整制氢系统流程的设计  48-50
    4.1.2 反应单元的设计  50
    4.1.3 变压吸附单元的设计  50-53
    4.1.4 换热过程的设计  53-55
    4.1.5 重整制氢系统的搭建  55-57
  4.2 重整制氢系统的单元实验  57-63
    4.2.1 重整单元实验  57-58
    4.2.2 水气变换单元实验  58-60
    4.2.3 变压吸附单元实验  60-63
  4.3 系统联调及运行实验  63-65
  4.4 本章小结  65-66
第5章结论与展望  66-68
  5.1 结论  66
  5.2 下一步工作的设想  66-68
参考文献  68-74
致谢  74-75
附录  75

二甲醚重整制氢系统的实验研究

内容摘要

全文目录

相似论文