燃料電池電動(dòng)車車載甲醇重整器的模擬與優(yōu)化.pdf

1、以車載甲醇重整器制氫的質(zhì)子交換膜燃料電池電動(dòng)車,目前被各國(guó)專家一致認(rèn)為是最有可能投入商業(yè)應(yīng)用的燃料電池電動(dòng)車方案之一.以該課題組自行開(kāi)發(fā)研制的甲醇水蒸氣重整催化劑為基礎(chǔ),選用管式固定床反應(yīng)器為甲醇重整器的基本構(gòu)型,反應(yīng)管外采用翅片強(qiáng)化傳熱;選用甲醇水蒸氣重整反應(yīng)和甲醇分解反應(yīng)為體系的獨(dú)立反應(yīng);建立了重整反應(yīng)器的擬均相二維模型,并對(duì)非等溫管外供熱氣體的邊界條件進(jìn)行了處理;采用Crank-Nicholson的隱式差分法來(lái)求解該數(shù)學(xué)模型;使用

2、Visual Basic 6.0編制了該模型的計(jì)算程序;通過(guò)模擬計(jì)算和分析確定出重整器的基本結(jié)構(gòu)尺寸和操作工藝條件的參數(shù).模擬計(jì)算結(jié)果表明:原料氣水醇摩爾比的適宜范圍為1.3~1.5;體系的適宜操作壓力為0.076~0.127MPa;反應(yīng)管的適宜入口空速為466.1~932.2mol/h/gcat;原料氣的適宜入口溫度為500~548K;反應(yīng)管的適宜高徑比為15~22;適宜的催化劑粒徑為Φ3mm×3mm~Φ5mm×5mm;催化劑的活性系

3、數(shù)應(yīng)該大于0.15;管外的對(duì)流傳熱系數(shù)值應(yīng)大于60W/m<'2>/K.綜合的模擬計(jì)算和分析結(jié)果表明,當(dāng)反應(yīng)管尺寸為Φ38mm×2mm,管長(zhǎng)約為0.6m,反應(yīng)管中裝填粒度為Φ5mm×5mm圓柱型催化劑,反應(yīng)管入口的原料氣水醇摩爾比為1.5,入口溫度為543.15K,入口操作壓力0.101MPa,原料氣入口空速932.2mol/h/gcat,反應(yīng)的活性校正系數(shù)取0.2,管外對(duì)流傳熱系數(shù)為80W/m<'2>/K時(shí),反應(yīng)管的出口處:組分H<,2

4、>、H<,2>O、CO、CO<,2>、CH<,3>OH的摩爾分離依次為:0.638、0.1349、0.0104、0.2057、0.0109,甲醇的轉(zhuǎn)化率達(dá)到95.57﹪,二氧化碳的選擇性為95.06﹪,系統(tǒng)的能量效率為80.85﹪,單根反應(yīng)管的產(chǎn)氫能力為7.62Nm<'3>/h,其當(dāng)量功率為9.95KW.反應(yīng)器產(chǎn)氫能力的提高可以通過(guò)增加反應(yīng)管的根數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn).該文建立了車載重整器的數(shù)學(xué)模型,提出了各工藝操作參數(shù)的適宜范圍,為后續(xù)的工藝和機(jī)械