摘要：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。

摘要：对共沉淀法制备的CuO/ZnO/CeO2-ZrO2催化剂在甲醇水蒸气重整制氢反应体系中的性能进行了考察,并利用统计学实验设计方法对该反应的反应条件进行了优化。选择反应温度、水醇比和甲醇气体空速为独立要因,利用全因子实验设计方法,得到反应温度对两个响应值(甲醇转化率和重整气中CO物质的量分数)的影响最为显著,甲醇气体空速对重整气中CO物质的量分数的影响最小。固定甲醇气体空速为300 h-1,利用中心旋转组合设计实验方法对反应温度和水醇比进行优化,得出当反应温度在249～258℃、水醇比在1.76～2.00时,甲醇能全部转化,重整气中CO物质的量分数小于0.5%。此模型的计算值与实验结果较为接近,表明采用统计学实验设计方法得出的结论对甲醇水蒸气重整制氢反应条件的优化具有指导意义。

摘要：以模拟汽车尾气供热的甲醇水蒸气重整(MSR)制氢反应为研究对象,设计了集余热加热与MSR制氢反应于一体的肋式微反应器,考察了反应器进口热风速度、温度,反应物进口速度、温度、水醇比及顺逆流情况对MSR制氢过程的影响。计算结果表明,逆流、水醇比1.3、热风进口速度1.1 m/s、温度773 K、反应物进口速度0.1 m/s、温度493 K为该反应过程的最佳工况参数,此时甲醇转化率为99.4%,模拟汽车尾气余热的热效率为28%,反应器出口氢气的体积分数为69.6%。研究结果对开展余热综合利用及发动机尾气重整制氢掺氢燃烧的研究有借鉴意义。

摘要：采用自制微型反应器和常规颗粒催化剂在常压、温度为450～550K、水醇比为1．1～1．3的条件下，通过沿反应通道控制催化剂颗粒梯级分布进行了甲醇水蒸气重整制氢的动力学测试。结果表明，重整产物中CO含量较低，可采用甲醇和水反应生成二氧化碳和氢气的单速率动力学模型；通过数据处理，得到如下动力学方程：rSR=3．72×10^10exp（-1069762/RT）P0.6730 CH2OH P0.3707 H2O.F统计检验表明所得动力学模型的复相关指数大于0．9，且F统计量比置信域为99％的临界F统计量大10倍以上。所得动力学方程为实测中微型反应器的优化设计提供了数学模型基础。

摘要：甲醇具有结构简单、含氢量高、产能大等优点,利用甲醇与水蒸气进行重整是一种节能高效的现场制氢方式。甲醇水蒸气重整(MSR)与燃料电池联用能够实现多场景应用,但由于反应温度较高(250~300℃),存在启动速度较慢、副产CO含量较高和热效率较低等问题。低温甲醇水重整(LT-Methanol Water Reforming,LT-MWR)包括低温甲醇水蒸气重整(LT-MSR)与液相甲醇水重整(Aqueous-phase Reforming of Methanol,APRM),反应通常在200℃以下进行,同时保持较高的反应活性,进而能够减少预热时间、减弱副反应发生,且能与燃料电池实现更强的热耦合。本工作首先介绍了商用催化剂优异的性能与存在的缺陷,然后对低温甲醇水重整制氢催化剂,诸如Cu基催化剂、贵金属催化剂与光协同催化剂的研究进展进行了回顾。归纳了低温铜基催化剂的改性策略,包括合成方法、结构设计与元素掺杂。对国内外商用CuZnAlO_(x)催化剂结构与性能的测试表明,其转化率高和稳定性好,存在的缺陷是价格较贵且在低温区催化活性急剧下降。Cu基催化剂活性受温度影响较大,在低温区活性很低,但通过适当的改性能够实现其应用价值,其改性策略包括合成方法、结构设计与元素掺杂。贵金属催化剂低温下活性较高,但存在价格昂贵、合成复杂等缺点。光协同催化剂则是在光照条件下进行催化重整,尚处于研究阶段。对于Cu基催化剂,合成方法的改进能够大大改善催化剂的微观混合程度与可重现性。适当的结构设计可提升催化剂的比表面积与热稳定性。元素掺杂则能够提升活性组分的分散度,修饰催化剂表面结构。三种改性策略能够有效提升Cu基催化剂低温下甲醇重整制氢的性能,在保持较高活性的同时,降低CO副产物的含量。展望了低温甲醇水重整制氢催化剂的发展前景和挑战,对催化剂的开发与应用有指导意义。要点:(1)低温甲醇重整制氢可大幅降低CO含量。(2)低温技术有助于提升甲醇重整—燃料电池系统热效率。(3)合成方法、晶型结构和元素掺杂的改进可有效提升Cu基催化剂低温性能。

摘要：采用水热合成法制备了SiO_(2)-CeO_(2)载体,并利用浸渍法负载活性组分CuO得到CuO-SiO_(2)-CeO_(2)催化剂。通过XRD、BET和H_(2)-TPR等手段对载体和催化剂进行表征及性能测试,最后探究了SiO_(2)摩尔分数对催化剂的比表面积以及甲醇水蒸气重整制氢实验中催化性能的影响。研究发现,适量添加SiO_(2)可以增加载体和催化剂的比表面积,降低催化剂活性组分CuO的还原温度,提高CH_(3)OH的转化率。当SiO_(2)摩尔分数为2.5%时,催化剂CuO5.0%-SiO_(2)2.5%-CeO_(2)的比表面积为112.8 m2/g,CH_(3)OH转化率为75.1%。继续提高催化剂中SiO_(2)的摩尔分数,催化剂的比表面积减小,CH_(3)OH转化率降低。

摘要：为了进一步提升重整器的热效率和启动特性,设计了一种紧凑型内部加热管式反应器用于甲醇蒸汽重整现场制氢。对比研究了内外2种加热方式对反应器启动性能、床层温度分布、甲醇转化率和反应器热效率的影响。结果表明:与外部加热相比,内部加热仅需8%的加热功率即可达到反应温度,且启动时间减少了46.2%。内部加热时由反应导致的温差,以及反应温度和空速对床层温度分布的影响均小于外部加热,甲醇转化率优于外部加热。反应器热效率随着反应温度的增大略微减小,但随着空速的增大而增大。当空速为4000 mL/(g·h)时,采用内部加热的反应器热效率为75.4%,为外部加热的2.2倍,甲醇转化率比外部加热时提升7.2%。该内部加热反应器可用于调节电网负荷的分布式制氢场合。

摘要：氢气随车携带不便,为了能在线产生富氢气体供给内燃机燃烧,并大幅度提高内燃机的热效率,降低排放,降低热、噪声的污染,提出应用内燃机尾气余热对甲醇进行催化重整以产生氢气的方法.设计了一套内燃机余热甲醇催化重整制氢装置,在内燃机排气余热和催化剂的共同作用下,把甲醇水溶液重整成富氢气体.重整反应器为蜂窝陶瓷载体,重整催化剂为Cu/Zn/Al/Zr,采用管式换热器对载体进行加热,甲醇水溶液在载体孔道中发生催化重整反应.实验结果表明:随着发动机排气温度的增加,重整器产氢率提高,在排气温度为350℃时,重整气中氢气的体积分数达到41.9%.达到了实验预期要求.