试析乙醇水蒸气重整制氢的热力学分析

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1、天津大学硕士学位论文乙醇水蒸气重整制氢的热力学分析姓名：刘波申请学位级别：硕士专业：化学工艺指导教师：马新宾20071201摘要采用吉氏自由能最小化法对包含9种物质(乙醇、乙醛、乙烯、甲烷、二氧化碳、一氧化碳、碳、水和氢气)的乙醇．水蒸气重整反应系统进行了热力学分析。计算了温度为400～1200K，压力为1、3和5atm，水．乙醇摩尔比为O～10下各组分的平衡摩尔组成。经计算表明，乙醇的平衡转化率始终为100％。高温、高水．乙醇比有利于增大单位摩尔乙醇产生的氢气量；高温、低水．乙醇比则有利于提高氢气在气相产物中的湿基摩尔分率；水．乙醇比对氢气的干基摩尔分率

2、影响不明显，温度越高，氢气的干基摩尔分率亦越高，当温度高于800K以后，温度的影响也不再明显。高温、低水．乙醇比会导致CO的大量产生，在水．乙醇比约为1、温度为1200K附近CO的生成取得最大量约为1．9mol／molEtOH。低水．乙醇比是导致积碳的主要原因，对于较低的温度，积碳则更为严重。当温度低于650K时，碳主要由体系中的甲烷转化而来；当温度介于650K到950K之间时，甲烷、一氧化碳和二氧化碳对积碳均有贡献；当温度高于950K时，碳则主要由一氧化碳转化而来。计算结果还表明，低压有利于氢气的产生，高压则有利于一氧化碳的抑制。在综合考虑提高氢产量和产

3、率以及抑制积碳和一氧化碳以及系统节能的基础上，乙醇水蒸气重整反应热力学上的最优反应条件为：温度为850K或者大于850K；压力为常压；水．乙醇比为8：l。此外还采用响应反应法(RERs)对氢气和一氧化碳的平衡摩尔量随系统参数变化的灵敏度进行了分析。分析结果表明，低温时，对二者灵敏度贡献较大的反应均为甲烷的水蒸气重整反应；高温时，贡献较大的则是一氧化碳的水汽变换反应。关键词：乙醇水蒸气重整氢气吉布斯自由能最小化法响应反应法灵敏度分析ABSTRACTAthermodynamicanalysisofethanol·steamreformingsystemwhic

4、hinVolVes9speciesintotalincludingethanol，aldehyde，ethylene，methane，carbondioxide，carbonmonoxide，solidcarbon，waterandhydrogeniscarriedoutinthisthesisusingthemethodofGibbsfkeene昭yminimization．Dif佗renttemperatures，pressuresandethanol-watermoleratiosaretakenintoaccountoVertherangesof4

5、00～l200K，1～5atm，0～l0respectivelyandequiIibriummolenumbersofeachspeciesarecalculated．ItisshownbythecalculationthattheconVersionofethanolisalways100％．Hightemperatureandhighwater-ethanolm01eratiofaVorthehydrogenyieldofunitmoleethanol，whiIehightemperatureandlowwater-ethanolratioarecon

6、duciVetoraisingthehydrogenmolef．ractiononawetbasis．Thecompactofwater—ethanolratiouponhydrogenconcentrationonadrybasisisnegligible．ConcentrationofhydrogenoVeradrybasiscanbela唱elyinfluencedbytemperature，thehi曲erthetemperature，thela唱ertheconcentration．Carbonmonoxideisnumerouselyforme

7、dunderconditionsofhightemperaturesandlowwater-ethanolratios．TheamountarriVesatitmaximumof1．9mol／molEtOHforwater．ethanolratiobeinglandtemperaturebeingl200K．Lowwater_ethanolratiomainlyaccountsforthecarbonformation，whichcanbeampli行edbylowertemperatures．Fortemperatureslowerthan650K，ca

8、rbonformationcanbe甜ributedtodecom