甲醇蒸汽重整制氢反应动力学研究进展

发布时间：2022-01-04 20:46

　　甲醇蒸汽重整制氢技术对于解决汽车、船舶等交通工具上燃料电池的氢源问题具有重要意义,近年来已成为碳氢燃料重整制氢的研究热点。本文首先综述了甲醇蒸汽重整制氢的5种反应机理,该方面的研究仍处于定性和推理阶段,尚未达成统一的结论。然后分析了甲醇蒸汽重整反应动力学的研究进展,发现大多研究是基于Cu系催化剂提出,反应温度集中在160～350℃,反应压力多为1atm,研究表明反应物水醇比最优值为1.3～1.4。最后,整理了研究中所提出的动力学模型,指出相较于单速率和三速率模型,双速率模型可反映产物中CO的含量及其对反应速率的影响,且模型相对简单,动力学方程的求解过程也相对容易,但其适用性还有待进一步验证。本文可为甲醇蒸汽重整制氢系统的设计与优化提供理论依据。 

【文章来源】：化工进展. 2020,39(01)北大核心EICSCD

【文章页数】：14 页

【部分图文】：

单速率模型对甲醇转化率和H2与CO2产率的预测[6]

三速率模型包含了SR、DE和WGS这3个反应，由Peppley等[14]首先提出，其方程形式也为LH型，如式(15)～(17)所示。其中，ki=k0exp(-Ea/RT),i为SR、DE或WGS。目前研究中所提出的三速率模型大多基于式(15)～(17)进行部分参数的修正，表5列出了上述研究中各修正参数的具体数值。可见，模型中SR反应的活化能范围为90～105kJ/mol,DE反应的活化能范围为70～170kJ/mol，而WGS反应的活化能范围为80～90kJ/mol。Asprey等[44]是采用温度检测方法获得更为精确的实验数据，优化了之前提出的三速率模型[14]，使得CO2和CO产率的实验值与预测值的相关系数由原来的0.97提升至0.997以上。三速率模型虽然可以完整预测MSR反应中甲醇、H2O、H2、CO2和CO各组分的含量（图3），但是其较为复杂，可调参数较多，求解也较为困难，从而影响其应用的广泛性，且目前三速率模型的研究还较少，发展还很不成熟，所以很少应用于实际工程设计中。

其中，ki=k0exp(-Ea/RT),i为SR、DE或WGS。目前研究中所提出的三速率模型大多基于式(15)～(17)进行部分参数的修正，表5列出了上述研究中各修正参数的具体数值。可见，模型中SR反应的活化能范围为90～105kJ/mol,DE反应的活化能范围为70～170kJ/mol，而WGS反应的活化能范围为80～90kJ/mol。Asprey等[44]是采用温度检测方法获得更为精确的实验数据，优化了之前提出的三速率模型[14]，使得CO2和CO产率的实验值与预测值的相关系数由原来的0.97提升至0.997以上。三速率模型虽然可以完整预测MSR反应中甲醇、H2O、H2、CO2和CO各组分的含量（图3），但是其较为复杂，可调参数较多，求解也较为困难，从而影响其应用的广泛性，且目前三速率模型的研究还较少，发展还很不成熟，所以很少应用于实际工程设计中。4 总结与展望

【参考文献】：
期刊论文
[1]CuO/ZnO/CeO2/ZrO2催化剂上甲醇水蒸气重整制氢反应机理研究[J]. 张磊,潘立卫,倪长军,彭家喜,赵生生,王树东,胡永康,王安杰.  大连理工大学学报. 2014(01)
[2]在涂层催化剂上甲醇水蒸气重整的本征动力学研究[J]. 袁彪,于新海,王正东,涂善东.  石油化工. 2005(11)
[3]铜系催化剂上甲醇蒸气转化制氢过程的原位红外研究[J]. 李言浩,马沛生,苏旭,胡孔诚,郝树仁,程玉春.  催化学报. 2003(02)
[4]Cr-Zn催化剂上甲醇水蒸气转化反应动力学 Ⅱ.宏观动力学[J]. 王胜年,王树东,吴迪镛,付桂芝.  石油化工. 2001(08)
[5]在Cu/ZnO/Al2O3催化剂上进行甲醇蒸气重整的动力学研究[J]. 蒋元力,黄强,王福安,Kim Dong Hyun,Lim Mee Sook.  燃料化学学报. 2001(04)
[6]Cr-Zn催化剂上甲醇水蒸气转化反应动力学Ⅰ.本征动力学[J]. 王胜年,洪学伦,王树东,吴迪镛.  石油化工. 2001(04)

博士论文
[1]甲醇水蒸气重整制氢过程强化特性研究[D]. 王国强.重庆大学 2014



本文编号：3569030