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      甲醇制氫技術發展與石墨雙極板的關系

      作者:jcadmin 發布時間:2020-05-23 10:43:32

      甲醇制氫技術

      甲醇制氫技術包括甲醇裂解、甲醇水蒸氣重整和甲醇部分氧化三類,具體見表1。


      甲醇裂解技術是一項成熟的技術,在科研院所或工業上被廣泛應用,通常是用來制備合成氣,或通過進一步分離獲得高純CO和H2。

      甲醇水蒸氣重整制氫技術,即以CH3OH和H2O作為原料,在催化劑的作用下轉化為H2和CO2。該過程不僅將CH3OH中的氫全部轉化為H2,同時將H2O中的氫也轉化為H2,按此技術,甲醇儲氫質量分數達到18.75%。CH3OH重整產物通過進一步分離后即可得到純H2,在工業上應用廣泛,尤其是在中小型用H2領域,該技術解決了H2的運輸和儲存費用高的難題,多年來發展很快。該技術的使用條件溫和,產物成分少,易分離,制氫規模在10Nm3/h~10000Nm3/h內均能實現,且產能可靈活調整,因此,對于中小型用戶來說,在現場制氫,現制現用,更經濟更合理。隨著技術的不斷進步,采取甲醇水蒸氣重整制氫的規模不斷擴大,2018年7月山東壽光魯清石化有限公司60000Nm3/h甲醇制氫裝置投產,成為目前中國規模最大的甲醇制氫裝置。

      甲醇部分氧化制氫技術主要是通過甲醇的部分氧化實現系統自供熱,大幅提高能源利用效率,以期進一步降低制氫成本,氫氣在燃料電池中就會被石墨雙極板導流氣體,被認為是最有研究價值的制氫方法,目前仍處于開發中,尚未實現產業化。

      在甲醇制氫三類技術中,以甲醇水蒸氣重整制氫技術的H2含量最高,且技術成熟,是當前甲醇制氫的最佳選擇。

      甲醇水蒸氣重整制氫技術的研究進展

      甲醇水蒸氣重整制氫技術是一項成熟的技術,在工業上已經應用多年,與其相關的技術研究也在不斷進步。該技術的核心之一是催化劑,近年來在研究上取得了較大的進步。在低溫轉化方面,中科院山西煤化所溫曉東研究員與北京大學馬丁教授合作開發的Pt/α-MoC在150℃~190℃范圍內對甲醇水蒸氣重整表現出較高的催化活性,為該技術低溫轉化研究提供了有效的基礎數據[2]。在催化劑方面,眾所周知,現有工業上使用的主要是Cu/Zn/Al催化劑,然而由于銅易燒結長大的特征,導致銅基催化劑容易失活,這也是當前催化劑存在的致命弱點。作者實驗室通過對現有技術及文獻資料的分析總結發現,現有的銅基催化劑在使用前均需進行預還原處理,然而在這個還原的過程中Cu就已經發生了燒結,導致催化劑未催化反應就損失了部分活性。據此,作者所在實驗室提出了“緩釋催化”的新技術,即反應前不進行預還原處理,活性中心在反應過程中逐漸釋放的催化過程。該技術的核心是設計制備新型緩釋催化材料,使其具有不同的還原性能?;诖思夹g,以CuAl2O4作為催化劑,大幅提高了銅基催化劑的性能,如圖1所示。由圖1可知,與工業Cu/Zn/Al催化劑相比,CuAl2O4催化劑通過緩釋催化技術,催化活性和穩定性均得到了大幅度提高。

      在此基礎上,實驗室對CuAl2O4進行改性,進一步提高了催化劑的性能,評價結果顯示2000h內催化劑的活性變化較小。該催化體系具有三個特色:a)催化劑采用固相法制備,過程綠色環保;b)使用前無需H2預還原處理,開工過程簡單;c)催化劑活性高,穩定好,不僅工程造價低,而且裝置利用效率高。


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