天然气、CO_2转化制合成气催化反应性能的研究──(Ⅰ)催化反应性能的研究

以ＣＨ４、ＣＯ２转化反应所筛选出的Ｎｉ－５和Ｎｉ－５ＰＭ为催化剂,在固定床石英反应器上 考察了天然气及天然气主要成分与ＣＯ２转化反应的活性,并将考察筛选出的消炭剂加入到原料 气中,考察了Ｎｉ－５ＰＭ的活性和稳定性。结果表明：对于ＣＨ４、ＣＨ４（含４．８％Ｃ２Ｈ６）、Ｃ２Ｈ４与 ＣＯ２反应体系,低空速时Ｎｉ－５和Ｎｉ－５ＰＭ活性相似、合成气接近平衡,高空速时Ｎｉ－５ＰＭ的活 性大于Ｎｉ－５;对于天然气、ＣＯ２转化反应体系Ｎｉ－５ＰＭ仍具有高活性和高抗积碳性能,加入适 当消碳剂后,产物合成气（Ｈ２＋ＣＯ）摩尔百分含量保持在９６％左右,接近理论值,表明 Ｎｉ－５ＰＭ对天然气、ＣＯ２反应体系具有高的活性、选择性及良好的稳定性．     

基于Cu和Pt基催化剂的乙醇水蒸气重整制氢试验研究

乙醇水蒸气重整制氢的车载应用不但可在线产生富氢气体,解决氢气的储运问题,还可实现混富氢气燃烧,降低排放.为得到较优的重整制氢方案,模拟内燃机尾气温度条件,在燃料重整试验台上实现乙醇的水蒸气催化重整制氢过程.在不同催化剂Cu49Zn21Al18Zr12和Pt/CZO/Al2O3条件下,考察了反应温度、水醇摩尔比和空速对重整气中φ(H2)的影响.研究表明:当反应温度为723～973 K、空速为720 h-1、水醇摩尔比分别为6∶1和4∶1时,二者φ(H2)的平均值分别为47.78%和40.26%.催化剂Pt/CZO/Al2O3重整制氢的产量高于Cu49Zn21Al18Zr12,尤其是在823 K以上的高温区域.但是与Pt/CZO/Al2O3相比,Cu49Zn21Al18Zr12成本低廉,在873 K以上的温度区域,重整气中φ(H2)也相当高.因此,基于Cu49Zn21Al18Zr12催化剂的乙醇水蒸气重整对于车载制氢更加具有可行性.     

制备过程对磷化钨催化剂重整性能的影响

采用程序升温还原的方法制备磷化钨(WP)催化剂,以物质的量比为1∶1的甲烷和二氧化碳的混合气为反应气,对催化剂的重整活性进行评价。考察了用溶胶凝胶法、高温固相法和水热法等不同方法制备催化剂前体对WP催化性能的影响。实验结果表明:溶胶凝胶法和高温固相法所制备的WP催化剂都具有较好的重整活性,甲烷的转化率都可达到88%以上。这3种方法所制备催化剂前体经程序升温还原后都可以得到较纯的WP粉体晶相。     

RuHI(CO)(i⁃Pr⁃Imidazole)(PPh3)2催化甲醇水重整产氢

H2的高效储存和输运是限制整个氢能源体系发展的瓶颈。一种有效解决这一难题的方法是将H2存储于液体有机载体甲醇中,需要时通过水和甲醇的液相重整反应,原位释放H2,而这一过程能够实现的关键在于高效甲醇水重整催化剂的开发。以1⁃异丙基咪唑和RuHCl(CO)(PPh3)3为原料,合成了化合物RuHI(CO)(i⁃Pr⁃Imidazole)(PPh3)2,对其进行了元素分析、红外光谱和X射线单晶衍射表征,并将其用于均相催化甲醇重整产氢。单晶结构表明,该配合物为单核,中心离子Ru2+为六配位,呈现扭曲的八面体配位构型。通过对催化反应条件的筛选,发现反应温度、碱的类型以及V(MeOH)/V(H2O)等对催化效率具有极大的影响。经反应条件优化,在反应温度为110 ℃,8 mol/L KOH和V(MeOH) /V(H_2 O)=9∶1,催化剂物质的量为4 μmol的条件下持续反应14 d,TON达到了7 911。     

基于Pt／CZO／Al2O3催化剂的PRF93水蒸气重整制氢

模拟内燃机尾气余热对PRF93燃料(体积分数93%的异辛烷和7%的正庚烷)进行水蒸气催化重整制氢试验.采用自行设计的催化重整制氢装置,调整催化重整参数以提高产氢率,同时利用正交试验法优化试验设计.结果表明,当催化重整温度为650℃、载气体积空速(GHSV)为196 h-1、去离子水与PRF93的体积流量比(水PRF93比)为0.30∶0.12时效果最佳,此时重整气中氢气的体积分数可以达到54.23%,一氧化碳的体积分数可以达到19.44%.     

Ni／Al2O3催化剂催化乙醇水蒸气重整制氢的研究

为提高用于燃料电池的乙醇水蒸气重整制氢反应催化剂的活性,采用壳聚糖扩孔以Al2O3为载体,Ni为活性中心的催化剂。利用X射线衍射（XRD）、BET比表面测试手段对催化剂的结构进行了表征。考察了反应温度、水醇物质的量的比、液体进料空速等对反应的影响。结果表明,经600℃焙烧2h的催化剂,在水醇物质的量的比为3：1,液体进料空速（WHSV）为4．8h^-1,反应温度500℃时,产气量接近40mL／min,H2选择性达到68％。乙醇水蒸气重整制氢Ni／Al2O3催化剂的最佳反应温度为500～550℃,水醇物质的量的比一般控制在3：1～5：1范围内较好。     

Mechanism of CO2 enhanced CBM recovery in China: a review

Permeability of coal reservoirs in China is in general low. Injection of CO2 into coal seams is one of the potential ap-proaches for enhancing coalbed methane (CBM) production. The feasibility of this technology has been investigated in China since the 1990s. Advances in mechanism of CO2 enhanced CBM recovery (CO2-ECBM) in China are reviewed in light of certain aspects,such as the competitive multi-component gas adsorption, sorption-induced coal swelling/shrinkage and its potential effect on CBM production and numerical simulation for CO2-ECBM recovery. Newer investigations for improving the technology are discussed. It is suggested that a comprehensive feasibility demonstration in terms of geology, technology, economics and environment-carrying capacity is necessary for a successful application of the technology for CBM recovery in China. The demonstration should be car-ried out after more investigations into such facets as the control of coal components and structure to a competitive multi-component-gas adsorption, the behavior and essence of super-critical adsorption by coal of gas, environmental and safe feasi-bility of coal mining after CO2 injection and more extensive pilot tests for CO2-ECBM recovery.     

焙烧温度和时间对磷化钨催化剂重整反应活性的影响

采用柠檬酸络合法通过程序升温还原方法制得磷化钨(WP)催化剂,在常压连续微型化固定床反应装置中,以物质的量比为1∶1的甲烷和二氧化碳的混合气为反应气,在不同反应温度下对催化剂的重整活性进行了评价。考察了不同焙烧温度和焙烧时间等制备条件对WP催化活性的影响。实验结果表明,催化剂活性随焙烧温度先增加后降低,773 K为最佳焙烧温度;同时,焙烧时间对催化剂活性也有明显的影响,5 h为最佳焙烧时间。     

立体瓦斯抽采条件下煤自燃预测预报标志气体的优化选择

结合义马煤业集团耿村煤矿工作面立体瓦斯抽采的实际情况,通过低温氧化试验,参照标志气体优选原则,确定CO,C2H4作为主要标志气体指标,C2H6作为辅助指标,并定量出采空区CO体积分数的临界值,建立了耿村矿23号煤层自燃预测预报标志气体体系.同时为克服采空区气体抽样的困难,推导出高抽巷气体成分与采空区气体成分间的关系,利用高抽巷的气体成分预测采空区浮煤的自然发火.     

甲烷制备高纯度氢气的实验研究

对甲烷制备可供质子交换膜燃料电池(PEMFC)用的高纯度氢气进行了实验研究，得出了不同蒸汽／碳比值时甲烷的转化率、不同过量空气系数对制备气体成分的影响、不同压差时氢气在选择性膜中的渗透率以及不同系统压力对氢气反应焓的影响规律．研究结果表明，在蒸汽与甲烷中的碳比例一定时，蒸汽重整反应器内的反应速率和它出口处CO的浓度，随甲烷的流量的增加而提高．提高甲烷蒸汽重整系统的工作温度和压力，可以提高甲烷的转化率，在S／C比值不变的情况下，仅提高温度可提高甲烷的转化率约10％；而将工作压力由0．1MPa提高到0．6MPa，甲烷的转化率提高约21％．甲烷的理论转化率为84．6％，本文实验研究中的最大实际转化率为78．03％，实验研究系统的系统完善度为92．23％，说明该系统还有待完善之处，还可以进一步提高甲烷的转化率．增大PEMFC中选择性膜两侧的压差或提高氢气的纯度，均利于提高氢气混合物的渗透率．该研究为制备符合PEMFC使用条件的氢气提供了可靠依据，同时为综合利用煤层气提供了新的途径。     

水力发电的生命周期温室气体排放

采用生命周期评价分析方法对水力发电系统的温室气体排放系数进行研究,建立温室气体排放的生命周期清单,并与燃煤发电系统进行比较.对水电站从材料和能源消耗、大坝建设、运输、电厂运行等过程的输入和排放进行分析的结果表明,每生产1kWh的电量,水力发电生命周期的温室气体总排放为19.24g CO2当量,而燃煤发电1kWh的排放量在1 000g CO2当量左右,说明水力发电在温室气体减排方面的优势十分显著.     

滑动弧放电等离子体重整甲烷制取合成气钟犁

 考察了在常温常压条件下利用滑动弧放电等离子体,使CH4与CO2重整制取合成气的效果,分析了供给电压、原料流速、预热温度等参数对转化率、选择性和制氢能耗的影响.结果表明,滑动弧放电可突破常温时热力学平衡的限制,有效促进重整反应的进行.与其他等离子方法相比,滑动弧放电的能量效率显著提高.增大电压或预热温度,可提高氢气选择性,促进氢气生成;增加流量,能量效率随之提高,但流量过大时,氢气选择性显著下降.当CH4与CO2的量比为1∶1、供给电压为8 640 V、喷嘴流速为130 m/s、预热温度为400 K时,制氢综合能耗最低,为103.1 kJ/L,此时单位氢气电耗为18.6 kJ/L,转化能力为6.37 mmol/kJ.     

江苏黄桥CO2气田裂隙分布特征的研究

本文介绍了Ｆｎ指标法研究构造裂隙发育部位的基本原理，并在有限元法数值模拟的基础上，利用Ｆｎ指标法对黄桥地区ＬＨ２－３地震地质剖面的控气模式进行探讨．结果表明，构造裂隙是本区ＣＯ２气储集的主要部位，走滑断层的存在促成了深部和浅部裂隙带的相互连通，为浅部地层产ＣＯ２气创造了条件．     

ZSM-5分子筛对C6F12O/CO2混合气体及其过热分解产物吸附性能研究

目前C6F12O环保绝缘介质已在气体开关柜中得到应用，选择合适多孔材料对C6F12O混合气体分解产物吸附处理既能保证开关柜的稳定运行，也可为大力推广C6F12O环保气体开关柜的应用提供安全保障。本文通过气体吸附实验探究ZSM-5分子筛对C6F12O/CO2混合气体模拟过热故障后分解产物的吸附性能以及对两种主要绝缘介质C6F12O、CO2浓度的影响，同时基于分子动力学仿真模拟吸附过程，计算浓度分布函数、径向分布函数、扩散系数等动力学参数理清吸附机理。实验结果表明：模拟过热故障后C6F12O/CO2混合气体的主要分解产物为：C2F6、C3F8、C4F10、C3F6、C3F7H、C5F12和C6F14。ZSM-5分子筛对大部分分解产物都有吸附作用，对C3F8、C4F10、C3F7H三种分解气体吸附性能优异，吸附率均超过80%，对C2F6、C3F6分解气体有一定的吸附能力，但吸附效果不明显，对C5F12、C6F14分解气体基本不吸附。主绝缘介质C6F12O、CO2浓度较高，ZSM-5分子筛对其浓度影响较小，实验后吸附率分别为1.77%和0.25%。理论计算结果表明：ZSM-5分子筛能够很好地抑制动力学直径与自身孔径相当的气体分子（C2F6、C3F8、C4F10、C3F6、C3F7H），对于体积过小或过大的气体分子（CO2、CF4、C5F12、C6F12O、C6F14）吸附作用不明显。ZSM-5分子筛可用于C6F12O环保绝缘气体开关柜中吸附处理分解产物，以保证设备安全稳定运行。同时，为相关电力防护设备中过滤材料的选择提供了参考。     

Critical Value of CO of Forecasting Coal Spontaneous Combustion

CO has been used widely in the production process of colliery as an index gas to predict spontaneous combustion of coal. But in some collieries there are CO gas in the upper corner of the face all the times, sometime CO gas even exceeds the regulated critical index. This phenomenon is much more obvious in the fully-mechanized longwall face and fully-mechanized long, wall and top-coal caving face. Ahhough many measures of fire-proof and fire-extinguishing have been adopted, the flowing amount of CO gas can be only decreasd, but can not be eliminated completely. Using the different kinds of coal, the experiment of coal oxidation was made at the low temperature. The experiment indicates that some kinds of coal can produce CO under the condition of normal temperature oxidation, sometime the CO consistency is very high, and the intension of CO can be decreased with oxidation time prolonging. Selecting rational critical value of CO is the kev to predicting spontaneous combustion of coal correctly and reliably. The problem of selecting retional critical value of CO was studied. Finally, the amount of CO gas released by different kinds of coal was obtained under normal temperature condition.     

甲醇与CO2/CH4混合气开采天然气水合物研究

针对CO2置换法开采CH4水合物的过程中CO2水合物在井底过早生成、高压下CO2发生液化导致渗流过程驱替阻力过大等问题,同时为了获得高压且富含CH4的产物气,选择CO2/CH4混合物作注入气,在岩芯驱替装置上研究了“抑制剂⁃气体置换法”分解CH4水合物的过程。结果表明,当混合气中CH4体积分数为57.4%时,可在7.5 MPa下获得体积分数为72.9%的CH4产物气,并且获得的CH4产物气的量要显著大于所注入的CH4的量。另外,还评估了在地层深部低体积分数的甲醇溶液（20%）和高体积分数CH4混合气（77.9%）对天然气水合物的分解效果,结果显示,随着“抑制剂⁃气体置换法”分解天然气水合物过程的进行,地层深部的CH4水合物基本不发生分解,但CO2水合物生成过程依然十分显著。     

混合气质量对乙醇发动机均质压燃燃烧特性的影响

在一台经改造而成的单缸均质压燃(HCCI)发动机上,以乙醇为燃料研究了不同循环供油量和废气再循环(EGR)率对HCCI燃烧的动力性、经济性和排放性的影响。结果表明:乙醇燃料HCCI燃烧有较高的指示热效率,最高可以接近60%;最高平均指示压力Pmi为0.6MPa;过量空气系数a和EGR率的合理组合可以有效控制HCCI燃烧的着火正时和NOx排放,但是EGR的加入会导致HC和CO排放增加。     

气固循环流化床碳化室局部CO_2摩尔分数的研究

在内径0.1 m,高1.0 m的碳化室(浓相区)和高3.0 m上升段的气固循环流化床反应器内,分别以混合气(空气85%(体积分数)和CO215%(体积分数))和CaO颗粒(平均粒径0.85 mm)为气相和固相,采用不同温度、表观气速和CaO颗粒循环速度,对碳化室不同高度及出口局部CO2摩尔分数进行了系统研究。应用计算流体力学(CFD)软件Fluent 6.2对碳化室不同高度及出口局部CO2摩尔分数进行了模拟计算。在模拟计算过程中,通过自编C语言程序,将CaO与CO2反应的动力学模型与Fluent 6.2中的传统模型结合。模拟结果显示:最佳反应温度为925K;表观气速为0.10 m.s-1;CaO的循环速度为0.12 m.s-1。在较低温度下,碳化室内不同高度局部CO2摩尔分数的模拟结果与实验数据吻合良好。随温度增加,计算值与实验值误差增大。     

磷炉尾气燃料对锅炉材料腐蚀机理分析

磷炉尾气是富含CO 80%～90%的燃料.但由于尾气中含有大量PH3,作为锅炉燃料利用时对金属材料腐蚀严重.本文分析了磷炉尾气主要有害杂质P4、PH3、H2S燃烧时发生的反应,认为对锅炉材料产生的腐蚀主要是燃气中PH3的存在所致.通过SEM测试受损锅炉部件,其腐蚀产物形态验证了腐蚀机理分析.采用催化氧化方法去除尾气中PH3等杂质后的净化气,经过时达4年的燃烧应用,验证了磷炉尾气使用催化氧化法净化后,可作为锅炉优质燃料安全使用.     

Effect of CO_2 on explosion limits of flammable gases in goafs

In order to reduce the number of accidents due to explosions of flammable gases in the goaf of coalmines,the conditions for explosion of flammable gases and their explosion limits,affected to a considerable extent by CO2,are explored.With the use of our experimental equipment suitable for the study of explosion of polybasic explosive gas mixtures,we investigated the effect of CH4/H2=10/1 and CH4/C2H4=10/1 gases mixed with CO2 on their explosion limits.The results indicate that after adding CO2,the explosion limit of the CH4/H2(or C2H4) =10/1 gas mixtures decreased markedly with increasing amounts of CO2.When the amount of CO2 exceeded 25%,the CH4/C2H4=10/1 flammable gas mixture did not lead to explosions.Similar results were obtained when the amount of CO2 exceeded 23% in the CH4/H2=10/1 flammable gas mixture.We also compared the explosion limits and the explosion suppression effect of N2 or CO2 on the explosion limits of the CH4+CO and CH4+C2H4 dual explosive gas mixtures.Along with the increases in the amounts of CO2 or N2,the area of the explosion limits of gas mixtures decreased.Under the same conditions,the explosion suppression effect of CO2 was greater than that of N2.CO2 has clearly the better suppression effect on the explosion of flammable gases in goafs.