现场制氢和钯膜分离氢新技术.pdfVIP

第十一届全国青年催化会议论文集 文章编号：KL·13 现场制氢和钯膜分离氢新技术· 徐恒泳，李文钊 16023) (中国科学院大连化学物理研究所，大连I 关键词：现场制氢，催化剂，钯膜，氢分离 社会与经济的发展导致严重的能源与环境问题，能源短缺、转化效率低以及环境污染是当前 急需解决的重大问题。氢能作为一种洁净的二次能源载体，不仅可以来在于化石资源如煤、石油 和天然气，而且可来自于町再生能源如太阳能和生物质能等，因而可以实现不依赖于化石能源特 别是石油的可持续循环。另外，通过燃料电池技术可以实现氢能的高效转化，从而提高能源转化 效率。从长远看，氢能将最终解决能源和环境问题，而在近中期，燃料电池技术示范和局部应用 都需要提供方便廉价的氢能制备技术，因此，开展小规模现场制氢技术的研究，对于推动燃料电 池技术示范和局部应用具有重要的研究意义。 本文研究了天然气制氢和氨分解制氢两条现场制氢技术路线，并且利用高性能复合金属钯膜 分离氢气，可以为加氢站和分散电站提供廉价现场制氢新技术。 首先，采用浸渍法和共沉淀法制备了镍基催化剂，分别用于天然气制氢和氨分解制氢。发现， 采用浸渍法制备的镍基催化剂对于天然气绝热转化制氢不仅具有高活性、高选择性，而且具有长 期稳定性：采用共沉淀法制备的镍基催化剂，用于天然气低温水蒸汽重整制氢和低温氨分解制氢 具有高的活性和选择性。对于甲烷水蒸汽重整制氢，在5000C和5500C低温条件下，即使甲烷空 速5000hd条件下，氨分解转化率可以达到99％以上。 采用创新方法制备了高性能的复合金属钯膜，以AI(OH)3等胶体对多孔载体表面进行修饰， 由于载体的孔道被AI(OH)3胶体粒子填充，从而阻止了贵金属钯在载体孔道内沉积，因而节约了 粒子占据的孔道对于透氢几乎提供了自由通道，因而大幅度提高了复合金属钯膜的透氢量。另外， 由于载体的表面缺陷被胶体粒子填充，有利于钯膜的形成，因而明显提高了透氢选择性。 在钯膜反应器中进行天然气水蒸汽重整制氢，由于生成的氢气可以通过钯膜分离出去，使得 化学平衡向右移动，因而大幅度提高了低温下天然气的转化率。在温度5500C和压力O．9MPa条 件下，甲烷转化率高达98．3％，氢气回收率高达95．4％，而该条件下甲烷的热力学平衡转化率仅 为27．3％。 通过将高活性镍基催化剂用于氨分解和天然气绝热转化制氢，以及将高性能复合金属钯膜用 于氢分离，实现了小规模高效廉价地制备高纯氢的新工艺，并且在连续的实验过程中，催化剂性 能和钯膜的透氢性能稳定。 PR—15