学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

膜反应器中甲烷催化重整制氢特性研究

作　者: 张杰
导　师: 闫云飞
学　校: 重庆大学
专　业: 动力工程及工程热物理
关键词: 甲烷自热重整 制氢 常规/膜反应器 热力学 实验研究
分类号: TQ116.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 61次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载
 

内容摘要


能源危机和环境污染使人们对能源多样性和清洁能源提出了更高的要求，氢气以其清洁高效等优势而被认为是未来理想的能源，并且它是燃料电池的理想燃料，日益引起人们的重视。甲烷自热重整制氢反应是通过利用CH4、H2O和O2的反应来制得合成气的过程，通过热量的耦合，该反应可以实现自热运行。由于受热力学平衡的限制，CH4很难实现完全转化，这浪费了原料且会造成环境污染，而燃料电池对氢气的纯度要求很高，这些都涉及到氢气的提纯。本文针对甲烷自热重整反应中的CH4转化率不高、生成的氢气含有大量的杂质等特点，提出应用膜反应器实现催化反应和产品分离一体化，从而实现H2提纯和促进反应平衡向生成物方向移动，促进平衡受限制的反应趋于完全转化。本文采用热力学平衡常数法和实验研究的方法，探讨了常规反应器和膜反应器内的甲烷自热重整制氢反应特性，探索研究了温度、空碳比、水碳比、压力、流量、吹扫风等因素的变化对反应的影响。研究结果表明：温度的升高可显著提高CH4转化率，随着温度的升高，常规反应器中，H2收率先增加后略有降低；膜反应器中，渗透侧H2收率先逐渐升高，在温度T＞900K以后略有降低，反应侧H2收率逐渐降低而后保持稳定。对于两种系统，H2/CO摩尔比都随温度的增加急剧降低。研究得出，与常规反应器相比，达到同样的效果，膜反应器可以降低反应温度，常规反应器内800℃、膜反应器内750℃时反应效果较好。空碳比和水碳比的增加可促进CH4的转化，但是过多的氧气含量会导致H2和CO收率降低，高的水碳比有利于提高H2/CO摩尔比，可通过调节水碳比来控制H2/CO摩尔比。当空碳比α=1，水碳比β=2时，甲烷自热重整效果较好。进料流量的增加会降低CH4转化率。对于膜反应器，渗透侧压力的升高会降低CH4转化率，反应侧压力的变化对反应的影响不大。吹扫风流量的增加可及时将渗透出的H2排出反应器，促进了H2渗透性能，提高了H2透过率，从而提高了CH4转化率和生成物各组分收率和H2/CO摩尔比。

全文目录


中文摘要  3-4
英文摘要  4-8
1 绪论  8-18
  1.1 本课题的研究背景和意义  8-10
  1.2 国内外研究现状  10-17
    1.2.1 甲烷制氢技术研究现状  10-13
    1.2.2 膜反应器研究现状  13-17
  1.3 本文的主要研究内容  17-18
2 甲烷自热重整制氢热力学分析  18-50
  2.1 甲烷自热重整体系  18
  2.2 常规反应器内甲烷自热重整热力学参数的计算  18-21
    2.2.1 反应平衡常数的计算  18-20
    2.2.2 反应平衡组分的计算  20-21
  2.3 常规反应器内甲烷自热重整热力学特性分析  21-35
    2.3.1 温度的影响  22-26
    2.3.2 空碳比的影响  26-28
    2.3.3 水碳比的影响  28-31
    2.3.4 有水/无水系统的比较  31-35
  2.4 膜反应器内甲烷自热重整热力学参数的计算  35-37
    2.4.1 反应平衡常数的计算  35
    2.4.2 反应平衡组分的计算  35-37
  2.5 膜反应器内甲烷自热重整热力学特性分析  37-47
    2.5.1 压力的影响  37-42
    2.5.2 温度的影响  42-44
    2.5.3 空碳比的影响  44-46
    2.5.4 水碳比的影响  46-47
  2.6 本章小结  47-50
3 实验系统的搭建及测试方法  50-58
  3.1 实验方案及系统  50-55
    3.1.1 实验流程及装置  50-53
    3.1.2 气体测试系统  53-55
  3.2 催化剂的制备  55
  3.3 数据处理  55-57
  3.4 本章小结  57-58
4 常规/膜反应器内甲烷自热重整反应特性的实验研究  58-74
  4.1 常规反应器内甲烷自热重整反应特性分析  58-63
    4.1.1 温度对反应的影响  58-59
    4.1.2 进料流量对反应的影响  59-61
    4.1.3 空碳比对反应的影响  61-62
    4.1.4 水碳比对反应的影响  62-63
  4.2 膜反应器内甲烷自热重整反应特性分析  63-72
    4.2.1 温度对反应的影响  63-65
    4.2.2 进料流量对反应的影响  65-67
    4.2.3 吹扫风对反应的影响  67-69
    4.2.4 空碳比对反应的影响  69-70
    4.2.5 水碳比对反应的影响  70-72
  4.3 本章小结  72-74
5 结论及展望  74-76
  5.1 本文主要结论  74-75
  5.2 工作展望  75-76
致谢  76-78
参考文献  78-84
附录  84
  A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录  84
  B. 作者在攻读硕士学位期间申请的专利目录  84
  C. 作者在攻读硕士学位期间参加的科研项目  84

相似论文

  1. 煤制油连续性模型系统的实现及其液化实验研究,TQ529.1
  2. 拓展训练引入初中学生阳光体育运动的实验研究,G633.96
  3. 光合微生物制氢菌种连续培养系统及其装置研究,TQ116.2
  4. 太阳能光合生物连续制氢系统的火用分析研究,TQ116.2
  5. 钛白粉表面包膜的表征及机理,TQ621.12
  6. LDH和Mg/Al/Fe-Mt对水中磷、铬的吸附效果研究,X703
  7. 烤烟叶片物理性能参数测定技术与设备试验研究,S572
  8. 矿井回风流中瓦斯回收利用技术研究,TD712
  9. 归芩合剂治疗大鼠阿霉素肾病的实验研究,R285.5
  10. 瓦斯煤尘共存的爆炸特性与传播研究,TD712
  11. 温度对土壤水分运动及参数的影响研究,S152.7
  12. 一维相互作用量子气体Bethe-Ansatz方程,O469
  13. 几种天然保鲜剂的抑菌机理,TS201.3
  14. 大学英语写作教学同伴反馈有效性实验研究,H319
  15. 哈尔滨高校游泳选项课蛙泳教学过程性评价的实验研究,G861.1
  16. 高中体育课“常规+选项”链式教学模式与实验研究,G633.96
  17. 高师体教专业速滑普修课中应用表象训练法的实验研究,G862.1
  18. D201大孔树脂从浓海水中吸附溴的机理及溴浓度分析方法的研究,TQ124.51
  19. 双相磷酸钙/丝素蛋白/硫酸钙/rh-BMP-2复合材料在绵羊腰椎间融合的实验研究,R687.3
  20. 快易网球教学法在普通高校网球选修课中的应用研究,G845
  21. 领会教学法在高校公共体育排球教学中教学效果的实验研究,G842

中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 基本无机化学工业 > 工业气体 > 氢气
© 2012 www.xueweilunwen.com