PDF《开路循环水 分 解制 氢 的反 应 条件》

第卷第期,年月吉林工学院学报一一开路 循环水 分 解制 氢 的反 应 条件 及动 力学研 究张龙高伟 民 李海 东 化学 工程系摘要本文对闭路 循环 法进 行了改进 , 提出了改进 的一一三段开路循环水分解制 氢的 新方 法.

对循环 中的主要 反应 进行 了较 系统 的 反应条 件及 动力学 实验 研究,获得 了此反应 的适宜 反 应条 件及 动力学方 程,为进一步 开 发此 循环 打下了基 础.关键 词法一一开路循环动力学 实验前言到目前 为止 , 文献中所 提 出的热化学 循 环制氢法 绝大 部分 都定 义为"闭路 " 循环,即水通过一系列反应步骤分解为氢 气和 氧气,而在这些反应中除 水以外参 与反应的物 质 都循 环使 用.与闭路循环相对应的即是 " 开路循环","开路循环"的概 念最早是由'〕 提出的,所谓的"开路循环"是指 除水 以外还 有其它 物 质在循环 的总反 应 中作 为反应 物 出现 除和以外还 有 其它 物 质作 为产物 出现 . 从原 理上来说 , " 闭路 " 和"开路 " 都是 依据 一系列化 学 反应 来 实现 某一 不 易实现或根本不可能 实现 的反 应.但由于 开路 循环中涉及 到其它物 质 出现 , 那 么在 选 择时就需将化 学过 程可行性与经 济性结合起来 , 因而适宜 的开 路循 环方法的选 择,在很大 程度上受到 市场 、 原料 等因素的制 约,这种方法 可用于从廉价原料制取有用的产 品 及废 物的回收,目前对开路 循环的研究主 要 侧重 于以下两个循 环一循环〕, 通过此循 环 实现 将 赤铁 矿 转化 为 磁铁 矿 进而还 原 为铁 , 从而为改变传统的炼 铁工艺提供了一 条 有广 阔前景 的方法 , 并且在 能量利 用上也可采用 各种形式的能 量核电站 余热 、 工 业废 热及 太阳能等等 一开路循环二〕' 〕 目前 正 在研究 的有 以 下两 个循 环一二段循 环...三三三 二.,》―十一循环.坚...由以上两个 循环可以从 或经燃烧 生成为原料来 生产 , 同 时副 产硫 酸收稿日期,一一第期张龙等 一一开路循 环 水分解制 氢的反 应条 件 及动力学 研究但这 两 种方法都有 其 自身的不 足二段法 中的反 应 收率 较低 , 而且腐蚀 较严重 而 电解 法则能耗 较大,因此研 究新 的经 济 的开 路循环势在必行 , 根据有关的国外 文献资料 , 我们对〔,法进行 了改进 , 提 出了下 面 的一 种新 的三 段开 路循环制氢 法..―,一十〔, ― ― . 由于 反应 及 在文献 〔 们〔,,

中已进行 了 系统 研究,本研 究重 点对反 应 进行 工艺条件与动力学实验 . 反应―的实验 研究工艺条件实验 本反 应 为一 固―液反应 , 取一定粒度 的镍 装 入反 应器 中,在保护下用水 浴将其加热 到 反应 温度 , 氢碘酸溶液通 过液 体进料器 计量 , 通过预热 器加热到 反应 温度 后通入反应器中,所生成 的气体经 收集后用奥 氏气体 分 析仪 进行分 析测 定,反应前溶液的浓 度 用酸 碱滴定加 以测定,实验 装置 如图 所示 . 季季季季季季季季季季季季'获二・・口口口口、义 义义义义合合场毛一〕〕〕〕〕〕〕〕〕〕〕〕子子子子子子子子子子子子蕊 蕊一.二扩、、瓶流量计 微量加料仪控温仪预热器反应物颗 粒恒温水浴 反应器吸收瓶 图 实验装置 图首先进行了此 反应 的热力学 实验 , 经 初步 实验发 现,反应 温度 、 反应时间和 反应物浓度对反应转化 率有较大影响,在实验 过程中,分别探 讨 了三个 因素对 于反应转化率的影响,所获得的数 据示 于图一图中.吉林工学院学报第卷吕一卜口为二气一性茸袱图反应温度对 氢气产 率 的影响 根据以上数据不难看出,反应温度的增高以及反应浓度的增大,均有利于氢气的生成 , 考虑到在温 度较高的情况下会引起 的蒸发等因素,我们选 择了下列条件做为该 反应的适 宜 条件 . , 反应时间小时.由于 实验 条件 的限制,没有进行颗粒度影 响 的实验 , 但从实验结果来看,选择颗粒大的反 应物将有利于反应的进行 . 动 力学 实验将目镍 粉与适量的硅酸混图对产率 的影 响川一咧附一 玛知呼化右合,用单片冲压 机压成圆柱形 颗粒后 , 图 反应时间对氢气产率的影响 将成型的颗粒在保护下于℃烧焙小时,焙烧后 的颗粒 在管式炉 中用氢气进行 还原,以便使在焙 烧过 程 中可 能氧化 的镍粉得以还原.用此颗 粒进 行动力学 实验 , 测定在不 同浓度及 不同温 度下转化 率 与时 间关 系数 据,列于表一表中.第期张龙等 一一开路循环 水分解制 氢的 反 应条 件及动力 学研究表给定浓度、不同温 度下 一,的关 系一.门时问,一表【一不同温 度下 一 关系 一目勺曰时间一它表一不同温 度下 一,关系 叼此时间一℃亡根据反 应后颗粒的变化情 况,不考虑 的浓度对 反应速度的影 响学方程式可写成 一一万・以,采用单 颗粒 体积 为基 准来表示 反应速度 , 由于 粉 的反 应速 度与等,故按氢气 生成速 度来 计算反 应速度 , 所得 的数据如表 所示 . 表反应温 度、反应浓 度及反应 速度关系故此反 应 的动 力 的生成 速度 相℃注且勺曰才马亡刁由以 上 数据 及速度 方 程式 ・ 做出与关系图,从直线上 可求得 此反应的反 应级数一.见图.由不 同温度下与作图,求出此反应的活化能为置前因子 为.一又牛.吉林工学院学报第卷全一图一关系图图一关系图故此反应的动 力学 方程式为一一又'.''., , 我,此反应为界 面反应控制 . 结语本文提出了一 种新 的一一三段 开 路循 环 制氢 方法,并重 点对 反应进行了热 力学 和动力学 实验 , 找 出了该反应 的适宜的工 艺 条件及 动 力学方程 . 为进 一步开 发此循 环提供了一 定 的基础 . 参考文献,',,

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