城市天然气制取PEMFC用氢系统的设计

【摘要】：质子交换膜燃料电池(PEMFC)是目前最具应用前景的一种燃料电池,它的燃料是纯度很高的氢气。利用城市天然气制取PEMFC用氢不仅可以拓展天然气的应用领域,而且满足节能和环保的总体要求。本文根据国内外天然气C1化工间接转化天然气制取合成气、合成氨工业以及燃料电池用燃料气中CO的脱除工艺,设计了一套制备PEMFC用氢的实验流程,主要包括甲烷制氢和CO选择氧化的催化剂的选择、制备以及整个制氢体系的评价。 1)甲烷部分氧化制合成气(H_2+CO)的实验中,以Ni/Al_2O_3为催化剂,采用浸渍法将Ni负载在Al_2O_3载体上,催化剂活性评价在固定床上进行,选定由CO选择性、H_2选择性、CH_4转化率、合成气生成速率及O_2转化率这五个指标来进行评价。 2)CO选择氧化部分的实验中,以CuO/CeO_2为催化剂,采用浸渍法将CuO负载在CeO_2气凝胶上,催化剂活性评价也在固定床上进行,选定CO转化率和CO_2的选择性作为评价指标,反应后所得气体中的CO含量要低于10 ppm,以满足PEMFC用氢的纯度要求。 3)天然气制PEMFC用氢系统的优化是一个反复调节的过程,要使得POM反应与CO选择氧化反应能够连接平稳,在气流速度、温度等方面不存在大的波动,可根据实际的反应情况确定脱硫装置与水汽转换装置的添置与否。 本文所探讨的天然气制PEMFC用氢系统的设计,综合了目前最受关注的转化方法、催化剂,以操作可行及经济为出发点,为天然气制氢实验优化提供了科学依据。 【关键词】：城市天然气 燃料电池 甲烷部分氧化 CO选择氧化 催化剂 活性评价
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：TM911.4
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 1 绪论8-18
• 1.1 课题研究的意义8-10
• 1.2 天然气燃料电池发展现状10-17
• 1.3 主要研究内容17-18
• 2 燃料处理技术18-31
• 2.1 天然气脱硫技术18-24
• 2.2 天然气制氢技术24-28
• 2.3 水煤气变换(一氧化碳变换)反应分析28
• 2.4 微量CO 的脱除28-30
• 2.5 本章小结30-31
• 3 甲烷部分氧化制PEMFC 用氢31-59
• 3.1 CH4 和空气体系存在的反应31-32
• 3.2 催化剂体系32-38
• 3.3 甲烷部分氧化中存在的问题38-43
• 3.4 NI 基催化剂的制备43-48
• 3.5 反应器及过程48-51
• 3.6 CO 选择氧化51-59
• 4 天然气制氢过程实验设计59-70
• 4.1 POM 部分59-63
• 4.2 CO 选择氧化部分63-65
• 4.3 天然气制PEMFC 用氢系统的优劣评价65-70
• 5 总结70-72
• 致谢72-73
• 参考文献73-77
• 附录1 攻读硕士学位期间发表的论文目录77

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