微型反應器內甲醇水蒸汽重整制氫性能研究.pdf

1、近年來，能源的不合理利用帶來了許多環(huán)境問題，燃料電池作為一種新型的能源轉化裝置，因其能量轉換率高、能耗低、污染少而得到了廣泛地研究，其中質子交換膜燃料電池(PEMFC)成為研究熱點之一。質子交換膜燃料電池以氫氣為燃料，要求其中的CO含量很低(<100mg/kg)。為了給質子交換膜燃料電池提供高純度的氫源，國內外學者對多種制氫技術展開了研究，其中甲醇水蒸汽重整制氫因產氫濃度高、工作溫度低、與質子交換膜燃料電池匹配容易而成為制氫的有利途徑。

2、迄今為止，國外對甲醇水蒸汽重整制氫的研究已取得了較大的進展，而國內在此方面的研究還處于基礎研究和示范階段。深入和系統(tǒng)地開展甲醇水蒸汽重整制氫性能研究將為開發(fā)高性能的重整反應器奠定基礎，對甲醇水蒸汽重整制氫技術的成熟具有重要的推動作用和學術價值。 本文將工程熱物理學科知識與化學化工領域知識相結合，圍繞自行設計的微型甲醇水蒸汽重整制氫反應器展開性能研究。 對甲醇水蒸汽重整反應系統(tǒng)進行了熱平衡分析，結果表明反應溫度和水醇比存在

3、最佳值，其中，水醇比宜為1.3：1，為實驗操作提供了理論指導。 建立了微型反應器內的甲醇水蒸汽重整制氫反應的二維層流穩(wěn)態(tài)多組分傳輸反應模型，并采用相關文獻中的實驗數(shù)據(jù)對模型進行了驗證，結果顯示數(shù)值分析結果與文獻中實驗數(shù)據(jù)吻合得較好。然后應用數(shù)值分析方法分別考察了反應操作條件和反應通道尺寸對反應器制氫性能的影響，結果也表明為了獲得良好的反應性能，水醇比存在最佳值，并且反應溫度和進口流速應相互協(xié)調，另外，通道尺寸對反應性能影響也很大

4、。 在熱平衡計算和數(shù)值分析的基礎上，采用商業(yè)銅基催化劑(CB-7)，對微型反應器內甲醇水蒸汽重整制氫過程進行了實驗研究。分別探討了水醇比、反應溫度和液體空速對甲醇轉化率、產氫率以及產物中CO含量等反應性能指標的影響，并對實驗現(xiàn)象給出了合理的解釋。實驗結果表明，當空速為0.955h<'-1>、水醇比為1.3：1、反應溫度為260℃時，產氫率為0.1462mol/h，這相當于H2利用率為80％、效率為60％的燃料電池輸出約10.2W