本文選題：二氧化碳　切入點：甲醇　出處：《浙江大學(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：本文研究以甲醇為原料,采用CO2吸附強化甲醇水蒸氣重整制氫過程(Sorptrion Enhanced Reforming Process of Methanol, SERP-MeOH),通過反應(yīng)直接獲得低CO含量的高純H2,在質(zhì)子膜燃料電池、化工過程、石油加氫精煉、冶金等過程都具有非常重要的應(yīng)用意義。首先建立SERP-MeOH反應(yīng)過程的熱力學(xué)模型,計算了不同CO2移除率、不同溫度下,甲醇轉(zhuǎn)化率及氫氣濃度的變化規(guī)律。計算結(jié)果顯示,采用CO2移除的方式,可以提高甲醇轉(zhuǎn)化率,在相同甲醇轉(zhuǎn)化率下,可以降低反應(yīng)溫度約50℃。當(dāng)CO2移除率增加到95%時,理論計算產(chǎn)物氣體出口CO濃度降低至32.81ppm,H2濃度高達(dá)98.35%。而當(dāng)CO2的移除率增加到99%時,計算出口氣體中不再含有CO。熱力學(xué)計算充分說明了通過SERP-MeOH過程獲得高濃度H2的理論可行性,為后續(xù)實驗研究提供理論基礎(chǔ)。然后采用K2CO3浸漬對Mg-Al水滑石吸附劑進行改性,并在熱重分析儀和固定床反應(yīng)器進行CO2吸附性能評價。實驗結(jié)果表明,經(jīng)過22wt% K2CO3改性水滑石(K-HT1c)在熱重分析儀上、20%CO2/80% N2氣氛下,吸附容量為0.48mol/kg,在10次循環(huán)后,吸附容量穩(wěn)定在0.38mol/kg,而且其吸附速率、吸附容量明顯的優(yōu)于未改性Mg-Al水滑石。同時,采用固定床反應(yīng)器,對K-HTlc吸附劑進行在水氣存在下的CO2吸附突破曲線實驗,在水碳比為4、230℃下,計算吸附容量為0.31mol/kg,突破時間為10min。吸附劑性能評價充分說明了K-HT1c吸附劑滿足吸附強化甲醇水蒸氣重整過程對吸附劑性能的要求。在SERP-MeOH熱力學(xué)計算以及吸附劑制備與評價的基礎(chǔ)上,在實驗室固定床反應(yīng)器上,采用工業(yè)甲醇蒸氣重整銅基催化劑,與K-HT1c吸附劑混合,進行了SERP-MeOH制氫實驗研究。在180℃下,吸附強化段H2濃度達(dá)到99.63%,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通甲醇蒸氣重整得到74.47%H2濃度的結(jié)果。隨著反應(yīng)溫度從180℃增加到280℃,H2濃度雖有下降,但是都維持在99.37%以上。此外,230℃吸附強化段甲醇轉(zhuǎn)化率同280℃吸附平衡段甲醇轉(zhuǎn)化率相同,這說明吸附強化可以降低反應(yīng)溫度約50℃。在不同的水醇摩爾比條件下,CO含量明顯的低于普通甲醇蒸氣重整,在水醇摩爾比為6時,吸附強化段CO濃度是吸附平衡段CO濃度的六分之一。研究還發(fā)現(xiàn),在吸附劑/催化劑質(zhì)量比為4時,吸附強化段甲醇轉(zhuǎn)化率高于吸附平衡段甲醇轉(zhuǎn)化率21.51%。而且,隨著空速從4595h"1增加到6433h-1,氫氣濃度均維持在99.17%以上,吸附強化段甲醇轉(zhuǎn)化率仍然高出吸附平衡段甲醇轉(zhuǎn)化率約10%。這充分說明了SERP-MeOH過程可以直接得到高濃度H2,降低反應(yīng)溫度,從而進一步降低制氫能耗。此外,還對SERP-MeOH過程進行動力學(xué)特性實驗與計算,得出SERP-MeOH過程的表觀反應(yīng)活化能為29.5kJ/mol,相比于普通甲醇蒸氣重整,其活化能下降約44.5kJ/mol。這從宏觀上解釋了SERP-MeOH過程可以在較低溫度下獲得較高甲醇轉(zhuǎn)化率的原因。最后,本文研究了在230℃下的吸附劑水氣再生過程。實驗發(fā)現(xiàn),在再生過程中通入含3vol%H2的混合水蒸氣,可以保持銅基催化劑的活性。優(yōu)化的再生時間為75～100min,再生混合氣體流量為400mL/min,吸附劑的再生率穩(wěn)定在80%附近。這充分說明了水氣再生可以用作22wt% K2CO3改性水滑石吸附劑的再生方式。本文的研究成果為后續(xù)的進一步研究和工業(yè)化提供了基礎(chǔ)。
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【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TQ116.2

【參考文獻(xiàn)】

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1 張佩蘭;鄭黎;;工業(yè)制氫技術(shù)及經(jīng)濟性分析[J];山西化工;2014年05期

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本文編號：1610356