《制氢技术》教案16甲醇制氢-3

一、教案头编号：16授课班级22氢能技术1班授课日期2024年5月22日本次课标题：甲醇制氢-3教学目标知识目标了解甲醇部分氧化制氢的过程；掌握甲醇部分氧化制氢的机理；掌握甲醇自热重整制氢的机理。能力目标能正确比较甲醇部分氧化制氢和自热重整制氢的区别。教学重点甲醇部分氧化制氢的机理教学难点甲醇部分氧化制氢的机理参考资料《氢能与制氢技术》第二版吴素芳浙江大学出版社2021-7

二、教学设计(第16次课)步骤教学内容教学方法教学手段时间分配告知(教学内容、目的）告知目标：了解甲醇部分氧化制氢的过程；掌握甲醇部分氧化制氢的机理；掌握甲醇自热重整制氢的机理。讲授课件、板书5分钟引入（任务项目）甲醇部分氧化制氢(methanolpartialoxidation,MPO)是在进料中通入甲醇蒸气和氧气经反应生成H2和CO2的过程。反应式如下:设问启发讨论课件10分钟操练（掌握初步或基本能力）Murcia-Mascaros]研究了从水滑石前驱体得到的Cu/ZnO/Al2O3。催化剂催化甲醇的部分氧化反应,提出了甲醇部分氧化反应中包含甲醇的热氧化与甲醇的热分解和甲醇的重整反应。其中甲醇热氧化和热分解是平行反应,同甲醇重整反应构成连续反应。三个反应式如下所示:控制进料气体中O:/CHOH摩尔比在0.3~0.4之间。甲醇的热氧化和热分解被认为是反应初期的主要反应。当O。完全消耗后,甲醇转化率增加,超过了按照部分氧化计算的化学量,产物气体中H的选择性增加,CO的选择性并无明显增加。因此,研究者提出了后续反应是甲醇同副产物HO发生重整反应的机理。讲授教师示范课件、板书、操作演示20分钟深化（加深对基本能力的体会）甲醇自热重整(AutothermalReforming,ATR)是将甲醇部分氧化和甲醇水蒸气重整反应结合的反应过程。甲醇蒸气和体系中的水蒸气与氧气反应生成H2和CO2的过程,反应方程式如下:由于反应体系是由吸热的甲醇水蒸气重整和放热的甲醇部分氧化反应构成,体系由甲醇部分氧化供热,其理论摩尔甲醇产氢量介于甲醇水蒸气重整和甲醇部分氧化之间。影响产物气体组成的主要因素为反应器气体进口温度和水醇摩尔比。较高的水醇摩尔比和气体进口温度可以防止甲醇同氧气发生氧化反应,而且产物中H含量高,同时可以降低催化剂的积炭[55],但也应该考虑能耗升高因素。重点讲解教师示范课件、板书20分钟训练巩固拓展检验研究认为,在甲醇自热重整体系中发生的反应历程同部分氧化体系中发生的反应历程类似,即甲醇氧化分解,然后发生甲醇水蒸气重整,最后根据甲醇的转化率发生的反应可能是逆水汽变换或者CO的氧化。考虑从H2和H2O从体系中产生的速率,对催化剂采用XPS测试发现,Cu与体系中的甲醇氧化分解—甲醇蒸汽重整反应存在一定的关系。在甲醇氧化阶段,还原处理后的催化剂Cu/ZnO/Al2O3。中的Cu由于体系中初期存在的大量的O。而被氧化成Cu”。当体系中O完全消耗后,体系发生甲醇的重整反应,而体系由于存在H和CH,OH,即在还原性的气氛下,Cu被还原成Cu。Cu可以在体系中存在不同的氧化态,从而起到不同的催化作用51]。Cu对H。的生成基本上无催化作用,但是却可以催化CO2和H2的生成,而CuO却可以催