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中国“十三五”能源规划提出,到2020年将全国能源消费总量控制在50亿标准煤以内。能源产业一直都是国民经济的命脉,也是社会发展中不可或缺的一环,战略意义非同寻常。然而我国的能源产量相对庞大的人口来说,人均占有量不足,也长期面临着以煤为主式的能源结构,能源利用率低下、能耗高、污染排放量大等问题。使用氢燃料电池,可以将氢能源转化为电能,为国家能源分布式布局发挥极大的作用,并对上述问题的解决提供助力。 固体氧化物燃料电池(SOFC)作为一种在恒定工作温度下可以将储存在燃料中的化学能直接转化为电能的新型能量转换装置,因其能耗较低、污染少和可以高效利用燃料而得到了很多学者广泛地研究。如果将氢气作为燃料电池的燃料气,可以发挥极大的作用。阳极管支撑型SOFC是近年来的研究热点,极有可能是最先进入商业化生产的SOFC结构。通常采用传统的陶瓷制备工艺-挤出成型法来制备阳极管支撑型 SOFC, 鉴于SOFC阳极支撑管具有良好的机械强度、较好的热稳定性和制作工艺简单,且阳极中镍相具有重整催化制氢作用等特点,可以将其作为微管式多孔陶瓷反应器,用于重整催化制氢反应。 在众多的液体燃料中,甲醇具有制氢转化条件相对温和、储存方便、价格低廉且制备的氢气毒性低(不含硫化氢),反应条件相对容易实现等特点。所以本实验将甲醇作为实验室制氢首选。甲醇水蒸气催化重整制氢是目前人们研究最为广泛,相关学者证实,甲醇重整制氢体系内,甲醇蒸气重整制氢是最被看好的,因为它的产氢率最高。 甲醇水蒸气重整反应催化剂大多是由浸渍法或者沉淀法制得的,并且大多是粉体催化剂。本实验研究的微管式多孔陶瓷反应器,①不但同样可以起到重整催化剂作用,通过挤出成型,可以满足大批量生产制造。②使用 YSZ作为支撑材料,将起催化作用的金属 N i镶嵌其中,既限制了 N i相在高温中晶粒长大,也可以使重整催化剂具有一定强度及形状。③管式反应器的反应截面大,在管壁内部管径方向上,仍然会发生重整催化反应。④可以通过较高温度将阻碍反应的进行的积碳除去,达到反应器可以重复利用的目的。 基于铜基催化剂在蒸气重整催化剂中有一定优势,铜基催化剂是最早应用于甲醇合成和甲醇水蒸气重整制氢体系的催化剂。相对于贵金属(Pt, Pd等)催化剂,铜基催化剂具有价格低廉,低温活性高,重整气中 CO含量相对较低的优点。本研究使用水热法,通过正交实验法设计实验方案,优化水热工艺,发现在以55%的填充度240℃水热温度下反应8个小时,可以在多孔管式陶瓷反应器内部空隙中成功地生长出了纳米铜颗粒,制备出了微管式铜镍双金属多孔陶瓷反应器。 针对已经制作出的管式陶瓷反应器,我们搭建了一套适用于管式反应器的重整制氢装置。并通过甲醇水蒸气重整制氢反应和甘油水蒸气重整制氢反应。分别使用了多孔镍基管式陶瓷反应器和多孔铜镍双金属管式陶瓷反应器,测试其制氢效果。 本文探索了挤出成型法制备多孔镍基管式陶瓷反应器的制备工艺,水热法制备多孔双金属管式陶瓷反应器的水热条件,摸索了重整制氢反应装置的合理搭建方式,研究了本实验制作的微管式陶瓷反应器的产氢率。