非热等离子体中甲醇水蒸气重整制氢

摘要

甲醇是一种理想的制氢原料，具有廉价易得、方便存储运输和重整反应温度低等优点，近年来得到广泛关注。本工作在热力学平衡计算分析基础上，采用直接液体进料，分别开展了火花放电等离子体中甲醇水蒸气重整制氢和介质阻挡放电(DBD)等离子体中甲醇水蒸气催化重整制氢的实验研究。主要结果如下:
　　1.采用HSC软件进行热力学平衡计算，分析了温度和H2O/CH3OH摩尔比的影响。
　　在所考察温度和H2O/CH3OH摩尔比范围内，甲醇热力学平衡转化率为100％。
　　温度为250～400℃时，热力学平衡产物有H2、CO2和CH4。温度大于400℃后，产物中开始有CO生成，且随温度升高，CO碳基选择性和H2选择性皆迅速增加，CH4碳基和氢基选择性迅速降低。温度升高至750℃时，产物中不再有CH4生成，此时H2选择性达到100％。当温度超过750℃后，热力学平衡产物为H2、CO和CO2，温度升高，CO碳基选择性增加，CO2碳基选择性减少，而H2选择性不变。
　　相同温度下，随H2O/CH3OH摩尔比升高，CO2碳基选择性与H2选择性增加，CO碳基选择性及CH4的碳基与氢基选择性逐渐降低。
　　2.对火花放电等离子体中甲醇水蒸气重整制氢反应进行了研究，主要考察了工艺参数（电极间距、输入功率、甲醇溶液进料流量、H2O/CH3OH摩尔比）的影响。
　　首先确定了合适的电极间距为8mm，然后对其它参数进行了考察。研究结果表明，降低甲醇溶液进料流量、增加输入功率和H2O/CH3OH摩尔比，均能提高甲醇转化率。
　　在所考察的条件范围内，当H2O/CH3OH摩尔比为1，功率为47W时，得到甲醇转化率高达92％，H2选择性接近100％，相应的制氢能耗为2.2eV/molecule。
　　3.开展了DBD等离子体中甲醇水蒸气催化重整制氢的实验研究。分别对DBD等离子体中甲醇水蒸气重整体系、Au/CeO2催化甲醇水蒸气重整体系以及DBD等离子体与Au/CeO2催化剂相结合的甲醇水蒸气重整体系进行了考察和比较。
　　研究结果表明DBD等离子体与Au/CeO2催化剂相结合具有一定的协同效应，其甲醇转化率高于单纯使用DBD等离子体与单纯使用Au/CeO2催化剂所得甲醇转化率之和。