CuO／ZnO／Ce02-Zr02催化甲醇水蒸气重整制氢性能.pdfVIP

第 3 1 卷 第 5 期 化学反应工程与工艺 Vol 31, N o 5 2 0 1 5 年 1 0 月 C hem ical R eaction E ngineering and Technology Oct. 2015 文章编号：1001—7631 ( 2015 ) 05— 0393—07 CuO/ZnO/Ce〇2-Zr 〇2催化甲醇水蒸气重整制氢性能 祁 文 旭 \ 张 娜 3 ，何 依 隆 i ，张 磊 u ，刘 道 胜 \ 吴 限 \ 潘 立 卫 2 ，王 树 东 2 1. 辽宁石油化工大学化学化工与环境学部，辽 宁 抚 顺 113001; 2 . 中国科学院大连化学物理研究所，辽 宁 大 连 116023; 3. 抚顺职业技术学院，辽 宁 抚 顺 113122 摘要：以液体燃料甲醇分布式现场重整制氢系统开发为研究目的，根据非对称耦合的思想，将 CuO/ZnO/Ce 〇2-Zr〇2 甲醇水蒸气重整催化剂和P/A I2O3 催化燃烧催化剂应用于套筒式小型制氢反应器中，实 现了甲醇水蒸气重整反应和燃烧反应的耦合。实验考察了 CuO/ZnO/Ce 〇2-Zr〇2催化剂在套筒式小型制氢反应 器中的性能。结果表明：在套筒式小型制氢反应器内，CuO/ZnO/CeO2-ZrO2催化剂的甲醇水蒸气重整活性比 商业CuO/ZnO/AUOs催化剂高出30%左右；并且多次开停车和改变反应条件，均未对催化剂和反应器产生明 显影响，1 5 0 h 内催化剂和反应器稳定性良好。当反应温度为230〜 260 °C ，甲醇气体空速为300〜 1200 h-1， 水醇物质的量比（S/M) 为 1 .2 时，最大氢产率达162.8 L/h，可为百瓦级质子交换膜燃料电池提供氢源。 关键词：甲醇水蒸气重整制氢催化剂氢-燃料电池 中图分类号：O643.32 文献标识码：A 随着电子科技的进步，无线电通讯设备和便携式电子产品不断涌现并迅速发展，对电池的需求量 逐年上升，同时对电池的性能也提出了更高的要求[1]。但目前普遍采用的镍镉、镍氢和锂电池等由于 其制造技术基本成熟、性能发展空间较小，且存在环境污染等问题，己经越来越难以满足电子产品发 展的要求。因此，电子产品市场急需一种容量高、环境友好的新型电池来取代目前广泛使用的电池。 近些年，许多研究者发现[2-5]，将小型的制氢系统与微型燃料电池联合起来设计出的微型氢-燃料电池 就是一种符合上述要求的新型电池，具有较好的工业前景。但氢-燃料电池是一个复杂的能源系统， 降低成本、延长使用寿命和提高运行可靠性是其面临的主要问题。目前各国在相继进行示范的同时将 重点转向基础研究，希望通过研究氢能与燃料电池技术中的基础性问题，寻求实现氢能与燃料电池产 业化的办法。其中，氢源技术己成为燃料电池走向市场的瓶颈之一，用醇类、烃类、汽油等化石原料 进行小规模便携式制氢是氢-燃料电池成功走向应用所面临的一个核心问题。 液体燃料甲醇由于具有制氢转化条件（温度、压力、容积、质量）相对温和、不含硫、低毒、制 氢过程相对容易实现等特点成为这些富氢燃料中的首选。甲醇重整包括甲醇水蒸气重整[6-10]、甲醇部 分氧化重整[11,12]和甲醇自热重整[13-18]，其中甲醇水蒸气重整反应（CH 3OH + H2O — C O 2 + 3H2 ，竭98 为 49.5 kJ/mol) 条件温和，尾气中含氢量高、C O 含量低，有利于实现系统集成，因此甲醇水蒸气重 整制氢催化剂和反应器的开发成为了近些年的研究热点[19]。目前，应用于甲醇水蒸气重整制氢的反应 器主要有管式反应器（套管式和列管式）[20]、板式反应器[21]和微通道反应器[22]三种类型，其中管式 收稿日期：2015-03-12;修订日期: 2015-05-21。 作者简介：祁文旭（1994一），男，本科生；张 磊 （1983— ) ，男，讲师，通讯联系人。E-mail lnpuzhanglei: @163.com。 基金项目：国家自然科学基金 ; 辽宁省教育厅科学研宄一般项目（L2014157)。 394