[精选]天然气现场制氢新工艺的研究ppt-中国气体分离设备商务网.pptx

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1、天然气现场制氢新工艺的研究学生 汪丛伟导师 王树东 研究员Monday,April 17,2023内容纲要天然气现场制氢的意义及优势天然气现场制氢的新工艺总结与展望研究背景分散站制氢规模集中制氢ON-BOARD FUEL PROCESSING GO/NO-GO DECISION DOE DECISION TEAM MITTEE REPORT,August 2004车载制氢设备投资大设备投资大氢气储运、分配困难氢气储运、分配困难启动时间启动时间10min启动能量启动能量7MJ/50kw天然气现场制氢优势原燃料比较充足天然气水合物天然气清洁,能量密度大供给方便完善的输运管道制氢成本低，是目前最廉价

2、的制氢方式之一天然气水天然气水蒸汽转化蒸汽转化CO高温变高温变换换CO低温变低温变换换CO甲甲烷化烷化CO2脱除脱除H2别别离离天然气水蒸天然气水蒸汽重整制氢汽重整制氢大规模大规模US$3.665/kg H2天然气水蒸天然气水蒸汽重整制氢汽重整制氢小规模小规模US$12/kg H2目前天然气水蒸汽规模制氢与现场制氢的成本比较目前天然气水蒸汽规模制氢与现场制氢的成本比较高成本高成本高成本高成本现有天然气水蒸汽重整工艺用于现场制氢是极其昂贵的，现有天然气水蒸汽重整工艺用于现场制氢是极其昂贵的，开发现场制氢新工艺与新技术已成为当务之急开发现场制氢新工艺与新技术已成为当务之急！重点：重点：1.产氢产氢

3、,纯化一体化纯化一体化,技术集成技术集成,缩短工艺流程缩短工艺流程;2.装置投资小装置投资小,生产成本低生产成本低;天然气水蒸汽重整CH4+H2O=CO+3H2，H298K=206kJ/mol CH4+2H2O=CO2+3H2，H298K=165kJ/mol CH4+2O2=CO2+2H2O，H298K=-804 kJ/mol天然气自热重整CH4+0.5O2=CO+2H2，H298K=-36 kJ/mol CH4+H2O=CO+3H2，H298K=206kJ/molCH4+2H2O=CO2+3H2，H298K=165kJ/mol天然气现场制氢的技术路线产氢纯度高，别离相对易，但能效相对不高产氢

4、纯度高，别离相对易，但能效相对不高能量效率高，但别离能耗相对较大能量效率高，但别离能耗相对较大天然气现场制氢新工艺集成换热式反响耦合循环利用热流：壁式反响器，两段式反响器，多层套筒式反响器降低传热传质阻力：板式反响器，微通道反响器净化纯化式制备高纯度H2：膜反响器降低CO排放：双层催化剂无CO反响器 壁式反响器Theophilos Ioannides,Xenophon E.Verykios,Development of a novel heat-integrated wall reactor for the partial oxidation of methane to synthesis g

5、as,Catalysis Today 46 1998 71-81University of Patras,Greece反响器由陶瓷管组成，陶瓷管内外表沉积燃烧催化剂层，外外表沉积重整催化剂层反响器由陶瓷管组成，陶瓷管内外表沉积燃烧催化剂层，外外表沉积重整催化剂层原料从里面的管子进入后被外层的出口气体预热，在反响区发生反响，放出的热量通原料从里面的管子进入后被外层的出口气体预热，在反响区发生反响，放出的热量通过管壁传到外层，在那里发生吸热的重整反响。过管壁传到外层，在那里发生吸热的重整反响。循环利用热流循环利用热流 两段式重整反响器Fraunhofer Institute，Germany 甲烷和

6、水作为冷料通入换热器中与燃甲烷和水作为冷料通入换热器中与燃烧尾气换热，被加热至烧尾气换热，被加热至450600进入一次重整器中进行重整反响热进入一次重整器中进行重整反响热量来自燃烧尾气的对流换热量来自燃烧尾气的对流换热进入二次重整，热量来自陶瓷燃烧器进入二次重整，热量来自陶瓷燃烧器的直接热辐射的直接热辐射Vogel,B.,G.Schaumberg,A.Schuler,1998,.Hydrogen Generation Technologies for PEM Fuel Cells,.1998 Fuel Cell Seminar Abstracts,November 16-19,1998,Pal

7、m Springs,CA,pp.364-367.循环利用热流循环利用热流 多层套筒式重整反响器A novel steam reforming reactor for fuel cell distributed power generation,California Energy mission,May 2000存在问题：传热阻力较大存在问题：传热阻力较大 系统较庞大系统较庞大循环利用热流循环利用热流 板式反响器催化剂层板的厚度很薄催化剂层板的厚度很薄,大大提高了反响器的结构紧凑性大大提高了反响器的结构紧凑性,降低了传热与传质阻力降低了传热与传质阻力板式反响器的效率比传统水蒸汽重整器高一个数量级

8、，而体积和催化剂重量低板式反响器的效率比传统水蒸汽重整器高一个数量级，而体积和催化剂重量低2 2个数量级个数量级板式反响器的换热效率提高。壁面和气相截面温度分布更均匀板式反响器的换热效率提高。壁面和气相截面温度分布更均匀M.Zanir,A.Gavriilidis,Catalytic bustion assisted methane steam reforming ina catalytic plate reactor,Chemical Engineering Science 58 2003 3947 3960存在问题：催化剂涂覆困难存在问题：催化剂涂覆困难 降低传热传质阻力降低传热传质阻力 微

9、通道反响器 Picture of a Velocys manufacturing scale-up microchannel reactor Pacific Northwest National Laboratory微通道可把传热传质速率提高微通道可把传热传质速率提高12个数量级个数量级由于过程强化降低了操作成本由于过程强化降低了操作成本均匀布氧，先局部氧化后完全燃烧为原料预热和重整供热均匀布氧，先局部氧化后完全燃烧为原料预热和重整供热A.Y.Tonkovicha,S.Perrya,W.A.Rogers,Microchannel process technology for pact meth

10、ane steam reforming,Chemical Engineering Science 59 2004 4819 4824存在问题：存在问题：反响器加工成本高反响器加工成本高 通道阻力降大通道阻力降大降低传热传质阻力降低传热传质阻力 集成化膜反响器Yu-Ming Lin,Min-Hon Rei,Process development for generating high purity hydrogenby using supported palladium membrane reactor as steam Reformer,International Journal of Hyd

11、rogen Energy 25 2000 211219CH4存在问题：钯膜具有氢脆现象，如何增强稳定性？存在问题：钯膜具有氢脆现象，如何增强稳定性？净化纯化式净化纯化式 两层催化剂无CO水蒸气制氢反响器Vladimir Galvita a,Kai Sundmacher,Hydrogen production from methane by steam reforming in a periodically operated two-layer catalytic reactor,Applied Catalysis A:General 289 2005 121127Max Planck Inst

12、itute for Dynamics of plex Technical Systems,Magdeburg,GermanyStep 1:ReductionPt-CeO2-ZrO2Fe3O4-CeO2-ZrO2CH4CO+H2H2O+CO2H2H2OH2O+H2Pt-Ce2O3-ZrO2Fe-Ce2O3-ZrO2Step 2:Re-oxidation存在问题：催化剂外表沉积碳，实际应用存在问题：催化剂外表沉积碳，实际应用?净化纯化式净化纯化式 总结与展望将重整制氢,供热,纯化一体化,实现过程强化、系统高度集成是降低制氢成本的出路集成换热式热量耦合净化纯化式降低成本现场制氢新工艺要真正走向实际应

13、用，还需切实解决自身的关键技术，扬长避短谢谢大家!1.ON-BOARD FUEL PROCESSING GO/NO-GO DECISION,DOE DECISION TEAM MITTEE REPORT,August 20042.Theophilos I,Xenophon E.Verykios,Development of a novel heat-integrated wall reactor for the partial oxidation of methane to synthesis gas,Catalysis Today 46 1998 71-813.M.Zanir,A.Gavri

14、ilidis,Catalytic bustion assisted methane steam reforming in a catalytic plate reactor,Chemical Engineering Science 58 2003 3947 39604.Vogel,B.,G.Schaumberg,A.Schuler,and A.Henizel,1998,.Hydrogen GenerationTechnologies for PEM Fuel Cells,.1998 Fuel Cell Seminar Abstracts,November 16-19,1998,Palm Spr

15、ings,CA,pp.364-367.5.A.Y.Tonkovicha,S.Perrya,W.A.Rogersa,Microchannel process technology for pact methane steam reforming,Chemical Engineering Science 59 2004 4819 48246.Vladimir G,Kai S,Hydrogen production from methane by steam reforming in a periodically operated two-layer catalytic reactor,Applie

16、d Catalysis A:General 289 2005 1211277.A novel steam reforming reactor for fuel cell distributed power generation,California Energy mission,May 2000 续8.Yu M L,Min H R,Process development for generating high purity hydrogen by using supported palladium membrane reactor as steam Reformer,International

17、 Journal of Hydrogen Energy 25 2000 211-219 9.S Lin,Y Chen,C Lee,Dynamic modeling and control structure design of an experimental fuel processor,International Journal of Hydrogen Energy in press10.Sheldon Lee,Daniel V.A,Shabbir A,Hydrogen from natural gas:part Iautothermal reforming in an integrated

18、 fuel processor,International Journal of Hydrogen Energy 30 2005 829 84211.A.Siddle,K.D.Pointon,R.W.Judd and S.L.Jones,FUEL PROCESSING FOR FUEL CELLS A STATUS REVIEW AND ASSESSMENT OF PROSPECTS现场制氢的市场需求分析n n 加氢站加氢站加氢站加氢站n n 分散电站分散电站分散电站分散电站n n 其他工业其他工业其他工业其他工业 半导体，电子行业高纯氢半导体，电子行业高纯氢半导体，电子行业高纯氢半导体，电子

19、行业高纯氢 事电源：战地指挥、潜事电源：战地指挥、潜事电源：战地指挥、潜事电源：战地指挥、潜水艇水艇水艇水艇应急电源：要害部门如银应急电源：要害部门如银应急电源：要害部门如银应急电源：要害部门如银行、医院、证券交易所行、医院、证券交易所行、医院、证券交易所行、医院、证券交易所 9、静夜四无邻，荒居旧业贫。4月-234月-23Monday,April 17,202310、雨中黄叶树，灯下白头人。22:31:1322:31:1322:314/17/2023 10:31:13 PM11、以我独沈久，愧君相见频。4月-2322:31:1322:31Apr-2317-Apr-2312、故人江海别，几度隔

20、山川。22:31:1322:31:1322:31Monday,April 17,202313、乍见翻疑梦，相悲各问年。4月-234月-2322:31:1322:31:13April 17,202314、他乡生白发，旧国见青山。17 四月 202310:31:13 下午22:31:134月-2315、比不了得就不比，得不到的就不要。四月 2310:31 下午4月-2322:31April 17,202316、行动出成果，工作出财富。2023/4/17 22:31:1322:31:1317 April 202317、做前，能够环视四周；做时，你只能或者最好沿着以脚为起点的射线向前。10:31:13

21、 下午10:31 下午22:31:134月-239、没有失败，只有暂时停止成功！。4月-234月-23Monday,April 17,202310、很多事情努力了未必有结果，但是不努力却什么改变也没有。22:31:1322:31:1322:314/17/2023 10:31:13 PM11、成功就是日复一日那一点点小小努力的积累。4月-2322:31:1322:31Apr-2317-Apr-2312、世间成事，不求其绝对圆满，留一份缺乏，可得无限完美。22:31:1322:31:1322:31Monday,April 17,202313、不知香积寺，数里入云峰。4月-234月-2322:31:

22、1322:31:13April 17,202314、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。17 四月 202310:31:13 下午22:31:134月-2315、楚塞三湘接，荆门九派通。四月 2310:31 下午4月-2322:31April 17,202316、少年十五二十时，步行夺得胡马骑。2023/4/17 22:31:1322:31:1317 April 202317、空山新雨后，天气晚来秋。10:31:13 下午10:31 下午22:31:134月-239、杨柳散和风，青山澹吾虑。4月-234月-23Monday,April 17,202310、阅读一切好书如同和过去最杰

23、出的人谈话。22:31:1322:31:1322:314/17/2023 10:31:13 PM11、越是没有本领的就越加自命非凡。4月-2322:31:1322:31Apr-2317-Apr-2312、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。22:31:1322:31:1322:31Monday,April 17,202313、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。4月-234月-2322:31:1322:31:13April 17,202314、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。17 四月 202310:31:13 下午22:31:134月-2315、最具挑战性的挑战莫过于提

24、升自我。四月 2310:31 下午4月-2322:31April 17,202316、业余生活要有意义，不要越轨。2023/4/17 22:31:1322:31:1317 April 202317、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。10:31:13 下午10:31 下午22:31:134月-23MOMODA POWERPOINTLorem ipsum dolor sit amet,consectetur adipiscing elit.Fusce id urna blandit,eleifend nulla ac,fringilla purus.Nulla iaculis tempor felis ut cursus.感感 谢谢 您您 的的 下下 载载 观观 看看专家告诉