文档介绍：天然气现场制氢新工艺天然气现场制氢新工艺的研究的研究学生学生汪丛伟汪丛伟导师导师王树东王树东研究员研究员 2017 2017 年年4 4月月12 12日日内容纲要?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 MITTEE REPORT , August 2004 车载制氢设备投资大氢气储运、分配困难启动时间(10 min) 启动能量(7 MJ/50kw )天然气现场制氢优势天然气现场制氢优势?原燃料比较充足(天然气水合物) 比较充足(天然气水合物) ??天然气清洁天然气清洁, ,能量密度大能量密度大?供给方便(完善的输运管道)??制氢成本低,是目前最廉价的制氢方式之一制氢成本低,是目前最廉价的制氢方式之一天然气水蒸汽转化 CO 高温变换 CO 低温变换 CO 甲烷化 CO 2脱除 H 2分离天然气水蒸汽重整制氢(大规模) US$ ~5 /kg H 2天然气水蒸汽重整制氢(小规模) US$ 12 /kg H 2 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!!! 重点: 1. 产氢,纯化一体化,技术集成,缩短工艺流程; 2. 装置投资小,生产成本低; ?天然气水蒸汽重整 CH 4 +H 2 O=CO+3H 2,△H 298K = 206kJ/mol CH 4 +2H 2 O=CO 2 +3H 2,△H 298K = 165kJ/mol CH 4 +2O 2 =CO 2 +2H 2O,△H 298K = -804 kJ/mol ?天然气自热重整 CH 4 + 2 =CO+2H 2,△H 298K =-36 kJ/mol CH 4 +H 2 O=CO+3H 2,△H 298K =206kJ/mol CH 4 +2H 2 O=CO 2 +3H 2,△H 298K =165kJ/mol 天然气现场制氢的技术路线产氢纯度高,分离相对易,但能效相对不高能量效率高,但分离能耗相对较大天然气现场制氢新工艺?集成换热式(反应耦合) ?循环利用热流:壁式反应器,两段式反应器,多层套筒式反应器?降低传热传质阻力:板式反应器,微通道反应器?净化纯化式?制备高纯度 H 2:膜反应器?降低 CO 排放:双层催化剂无 CO 反应器壁式反应器 Theophilos Ioannides , Xenophon E. Verykios , Development of a novel heat-integrated wall reactor for the partial oxidation of methane to synthesis gas, Catalysis Today 46 (1998) 71-81 University of Patras , Greece ?反应器由陶瓷管组成,陶瓷管内表面沉积燃烧催化剂层,外表面沉积重整催化剂层?原料从里面的管子进入后被外层的出口气体预热,在反应区发生反应,放出的热量通过管壁传到外层,在那里发生吸热的重整反应。循环利用热流Ⅰ两段式重整反应器 Fraunhofer Institute , Germany ?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 450 - 600 ℃?进入一次重整器中进行重整反应(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, Palm Springs, CA, pp. 364-367. 循环利用热流Ⅱ多层套筒式重整反应器 A novel steam reforming reactor for fuel cell distributed power generation, California mission, May 2000 存在问题:传热阻力较大系统较庞大循环利用热流Ⅲ