發(fā)布時(shí)間：2021-02-10 18:51

　　氫能是世界上公認(rèn)的清潔能源,其單位質(zhì)量熱值最高,燃燒產(chǎn)物為水,環(huán)境友好。作為質(zhì)子交換膜燃料電池的燃料是氫能的主要應(yīng)用領(lǐng)域。將膜分離器應(yīng)用于甲烷蒸汽重整反應(yīng)-膜分離一體化制備高純氫是當(dāng)前氫能研究的熱點(diǎn)之一。在適宜的溫度下,H2能夠從Pd膜的高壓側(cè)向低壓側(cè)滲透,實(shí)現(xiàn)膜分離制備純氫。將Pd膜與天然氣蒸汽重整制氫結(jié)合,H2透過(guò)Pd膜被源源不斷地移出原料側(cè),能夠打破反應(yīng)的熱力學(xué)平衡,在較低溫度下獲得較高的CH4轉(zhuǎn)化和H2收率。首先,本文采用兩種熱力學(xué)方法進(jìn)行了基于Pd膜的反應(yīng)-分離一體化計(jì)算,獲得了溫度、壓力、水碳比及不同的氫氣分離比率等條件下,CH4轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)品干氣中H2含量等的規(guī)律性認(rèn)識(shí)。進(jìn)而針對(duì)典型的天然氣蒸汽重整產(chǎn)品干氣組成,采用不同CO2和CO含量的原料氣,在不同溫度、壓力和流量條件下進(jìn)行了 Pd膜分離制純氫的研究。結(jié)果表明,流量和溫度對(duì)Pd膜分離H2的影響較小,壓力和COx含量對(duì)Pd膜分離H2有很多影響。高壓和低COx有利于H2的分離,高壓和高COx會(huì)導(dǎo)致副反應(yīng)逆水氣變換反應(yīng)和甲烷化反應(yīng)加劇。在上述基礎(chǔ)上,將甲烷蒸汽重整與Pd膜分離集成進(jìn)行了反應(yīng)-分離一體化制氫研究。結(jié)果顯示溫度和壓... 

【文章來(lái)源】：中國(guó)石油大學(xué)(北京)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：82 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．１天然氣蒸汽重整制氫工藝流程圖??Ｆｉｇ．?１．１?Ｆｌｏｗ?ｃｈａｒｔ?ｏｆ?ｈｙｄｒｏｇｅｎ?ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ?ｏｆ?ｎａｔｕｒａｌ?ｇａｓ?ｓｔｅａｍ?ｒｅｆｏｒｍｉｎｇ??

中國(guó)石油大學(xué)（北京）碩士專(zhuān)業(yè)學(xué)位論文??的過(guò)程中，將氫氣從反應(yīng)器中移除出來(lái)，一定程度上打破了熱力學(xué)平衡的桎梏，??提禽了?ＣＨ４利用率。其中的氫氣分離膜是能夠?qū)崿F(xiàn)氫氣分離過(guò)程的核心部件。??ｃｈ４．?ｈ２ｏ??ｓｐ?Ｍｅｔｈａｎｅ??Ｃａｔａｌｙｚｅｒ?．?Ｈ?Ｉ?Ｉ?＾?Ｃａｒｂｏｎ?ｄｉｏｘｉｄｅ??Ｓｕｐｐｏｒｔ＾?＾?Ｈｙｄｒｏｇｅｎ??鐵?＊?Ｓｈｅｌｌ?Ａ?Ｗａｔ＾ｒ??Ｍｅｍｂｒａｎｅ?－－——￣?＼＿ｚ?Ｊ?Ｉ雜?—Ｗａｔｅｒ??．．??％?Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｃａｒｂｏｎ??Ｆ??ＣＨ４、Ｈ２〇、Ｈ２、ｃ〇、ｃ〇２??圖１．２蒸汽重整反應(yīng)－膜分離制氫原理圖??Ｆｉｇ．?１．２?Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｏｆ?ｈｙｄｒｏｇｅｎ?ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ?ｂｙ?ｓｔｒｅａｍ?ｒｅｆｏｒｍｉｎｇ?ｒｅａｃｔｉｏｎ?ａｎｄ?ｍｅｍｂｒａｎｅ??ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ??１３．２膜分離原理??目前，鈀金屬分離膜是研究最為廣泛的氫氣分離膜，Ｐｄ膜能夠?qū)⑽皆诒砻??的氫分子轉(zhuǎn)化為氣原子，氫原子在壓力差的作用下透過(guò)Ｐｄ膜，并在膜的身一側(cè)重??新形成氫分子。從理論ｉ來(lái)說(shuō)，致密而無(wú)缺陷的Ｐｄ膜氫氣的選擇性應(yīng)為１００％。??Ｐｄ膜分離氫氣的原理圖如圖１．３所示［２５］。??研究者們已經(jīng)廣泛研究了氫滲透通過(guò)Ｐｄ膜的機(jī)理，該過(guò)程遵循溶液擴(kuò)散機(jī)制。??從高壓氣體區(qū)域到低壓氣體區(qū)域的氫氣輸送涉及的步驟如下：??（ａ）氫分子擴(kuò)散到Ｐｄ膜表面；??（ｂ）鈀表面上的可逆解離吸附；??（ｃ）原子氫溶解到金屬本體中；??（ｄ）原子氫通過(guò)金屬本體擴(kuò)散；??（ｅ）鈀表面上氫原子的締合；??－５?－??

?第１章文獻(xiàn)綜述???（ｆ）分子編＾從表面解吸；??（ｇ）分子氣擴(kuò)散離開(kāi)表面６??Ｍｅｍｂｒａｎｅ??Ｈｙｄｒｏｇｅｎ??＾?Ｈｙｄｒｏｇｅｎ??，－ｊ??圖１．３鈀膜透氫原理圖??Ｆｉｇ．?１．３?Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｏｆ?ｈｙｄｒｏｇｅｎ?ｐｅｒｍｅａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｐａｌｌａｄｉｕｍ?ｍｅｍｂｒａｎｅ??通常，氧滲透由以下等式描述：??Ｊ＝ｐｙ￣（ｐｊ：－ｐｎ?（１．４）??１ｊ??在等式中，Ｊ是復(fù)通量，ｉ５是滲透率，ｉ：是Ｐｄ膜層的厚度，Ｐａ和乃分別是高??壓側(cè)（原料側(cè)）和低壓側(cè)（氫氣側(cè)）的氫氣分壓是壓力指數(shù)，通常在０．５至１的范圍，??取決于步驟（ａ－ｇ）中控速步驟。因?yàn)閿U(kuò)散速率與Ｐｄ膜兩側(cè)的氫原子濃度相關(guān)，并且??該濃度為與盤(pán)氣分壓的《次方成比例。根據(jù)西弗特定律Ｓ速率控制步驟是??步驟（ｃ）Ｐｄ膜層的體擴(kuò)散時(shí)，》的值為０．５。當(dāng)步驟（ａ，?ｇ）氫分子進(jìn)出表面、步驟（ｂ）??解離吸附或步驟（ｅ）氫分子的締合解吸變?yōu)樗俾士刂撇襟E時(shí)，《為１，此時(shí)這些過(guò)程??的速率取決于慧分子的濃度＊?Ｐｄ膜很�。ǎ�?５?ｐｍ）時(shí)＊?dú)浞肿訑U(kuò)散速率很醫(yī)據(jù)報(bào)＝．道??雜Ｐｄ膜．（＜?５?ｐｍ）的ｗ值為０．５？０．８［２９－構(gòu)；在Ｐｄ屋較厚（＞?５陣）的情況下．，《像一般??小于０．５，《值若大于０．５可歸因于氫滲透的缺陷或針孔降３３］。??－６?－??

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]我國(guó)發(fā)布?xì)淠芘c燃料電池技術(shù)戰(zhàn)略方向規(guī)劃目標(biāo)[J]. 舟丹.  中外能源. 2017(08)
[2]甲醇重整制氫方法的研究[J]. 王小美,李志揚(yáng),朱昱,倪紅軍,袁銀男.  化工新型材料. 2014(03)

博士論文
[1]膜反應(yīng)器中甲烷蒸汽重整制氫的研究與模擬[D]. 盧紅.四川大學(xué) 2002

碩士論文
[1]鈀膜反應(yīng)器中反應(yīng)吸附強(qiáng)化甲烷水蒸氣重整制氫的研究[D]. 吳成.浙江大學(xué) 2013



本文編號(hào)：3027829