乙醇重整制氢的热力学分析.pdf

《乙醇重整制氢的热力学分析.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、AdissertationsubmittedtoZhengzhouUniversityforthedegreeofMasterThermodynamicAnalysisforHydrogenProductionfromEthanolReformingByWeiYanSupervisor：ViceProf．ShaohuiSunChemicaltechnologySchoolofChemicalEngineeringandEnergy一一，May20122原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已

2、经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。学位论文作者：$莎／印日期：∞f2年，月；D日学位论文使用授权声明本人在导师指导下完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属郑州大学。根据郑州大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅：本人授权郑州大学可以将本学位论文的全部或部分编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或者其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。

3、本人离校后发表、使用学位论文或与该学位论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为郑州大学。保密论文在解密后应遵守此规定。学位论文作者2辫佛日期：弘侈年r月㈣8Ⅲ0㈣2川2㈣0川⋯㈨●I⋯2㈣Y摘要纤维乙醇重整制氢是木质生物质能源化利用的重要途径，适合分散式小型汽车加氢站。重整制氢过程中存在许多化学反应，对其进行系统的热力学研究可以了解这一过程的反应特性，有助于催化剂筛选、工况条件优化、反应器设计等相关工艺流程的改进。本文首先采用热平衡常数法分析多元醇、烷烃、一元醇等生物质基小分子制氢反应的热力学变化趋势，指出多元醇更适合水相重整制氢，乙醇、

4、烷烃等适合气相重整制氢；接着利用吉布斯自由能最小法原理，计算了常压下温度为700．1400K，水醇比为o~10，氧醇比为啦3条件下乙醇水蒸气重整、部分氧化和自热重整制氢反应系统各物质的热力学平衡组成，并进行经验拟合；最后对三种制氢工艺的热效应和能量效率进行系统的计算、分析，并在此基础上对比分析最新实验研究成果和热力学平衡组成的差距，为乙醇制氢的实验研究提供参考。取得的重要成果有：计算表明，380K-500K，乙醇重整制氢过程的平衡转化率接近100％，平衡产物主要为积碳、水和甲烷。乙醇水蒸气重整过程中，高温、高水醇比有利于增大乙醇产生的氢气量；700

5、K以上，水醇比超过10时氢气的最大摩尔产率在5．4mol以上。高温、低水醇比有利于CO的产生，1200K以上，水醇比约1．2时下，CO最大为1．8摩尔，低水醇比、低温容易产生积碳。乙醇水蒸气重整制氢理想的反应条件为：水醇比S／E大于6，温度高于900K。部分氧化制氢过程中，1摩尔乙醇产生的氢气理论最大摩尔数为3摩尔，且在高温及低氧醇比条件下产量较大，氧醇比为O，温度高于1300K时，氢气达到2．9摩尔以上。同时，高温和低氧醇比也促进一氧化碳量的产生，氧醇比为0．5、温度高于1200K时，CO产量在1．9摩尔以上。低氧醇比和低温条件下很容易生成积碳，

6、在氧醇比低于0．5时，任意温度下都有积碳产生。乙醇自热重整制氢过程中，高温、高水醇比和低氧醇比有利于氢气的生成，氢气最大接近5．1mol；该过程中一氧化碳随着温度的升高而增加，受水醇比影响不大，积碳量则是三种工艺中最低的，水醇比高于1以后积碳量就可以忽略。乙醇水蒸气重整制氢是强吸热过程，且吸收的热随着水醇比和温度的升高逐渐增多，在温度高于1200K时，需燃烧0．2摩尔左右乙醇。同时该过程中，系统的氢气能量效率随着温度的升高而增大，最高可达88％，剩余12％能量被CH4、摘要CO、C分享。乙醇部分氧化制氢过程的重整反应为强放热过程，该过程放出的热随着

7、氧醇比的增大，02达到3摩尔时，成为完全燃烧反应。系统的能量效率相对较低，02为1．5时，效率50％，氧醇比为3时，能量效率变为零。乙醇自热重整制氢过程的重整反应属于轻微的吸热或者放热反应，可视为热平衡过程。当氧醇比固定时，随着水醇比的增加，该过程的热平衡点向低温方向移动；而当水醇比固定时，随着氧醇比的增大，该过程的热平衡点向高温方向移动。同时，系统的能量效率在1000K、水醇比为10、氧醇比为0．25时，可达到89％。对比最新的试验研究成果和热力学平衡组成，发现无催化剂时，反应速率慢，系统属动力学因素控制；在适合的催化剂作用下，反应转化率达到10

8、0％，氢气产率接近平衡组成，此时系统主要受热力学因素控制。分析还表明自由能变化1-2％，对产物的平衡组成有很大影响，有可能