微型反應(yīng)器內(nèi)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(zhuǎn)化裝置，因其能量轉(zhuǎn)換率高、能耗低、污染少而得到了廣泛地研究，其中質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)成為研究熱點之一。質(zhì)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(zhì)子交換膜燃料電池提供高純度的氫源，國內(nèi)外學(xué)者對多種制氫技術(shù)展開了研究，其中甲醇水蒸汽重整制氫因產(chǎn)氫濃度高、工作溫度低、與質(zhì)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(jìn)展，而國內(nèi)在此方面的研究還處于基礎(chǔ)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(yīng)器奠定基礎(chǔ)，對甲醇水蒸汽重整制氫技術(shù)的成熟具有重要的推動作用和學(xué)術(shù)價值。 本文將工程熱物理學(xué)科知識與化學(xué)化工領(lǐng)域知識相結(jié)合，圍繞自行設(shè)計的微型甲醇水蒸汽重整制氫反應(yīng)器展開性能研究。 對甲醇水蒸汽重整反應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行了熱平衡分析，結(jié)果表明反應(yīng)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(dǎo)。 建立了微型反應(yīng)器內(nèi)的甲醇水蒸汽重整制氫反應(yīng)的二維層流穩(wěn)態(tài)多組分傳輸反應(yīng)模型，并采用相關(guān)文獻(xiàn)中的實驗數(shù)據(jù)對模型進(jìn)行了驗證，結(jié)果顯示數(shù)值分析結(jié)果與文獻(xiàn)中實驗數(shù)據(jù)吻合得較好。然后應(yīng)用數(shù)值分析方法分別考察了反應(yīng)操作條件和反應(yīng)通道尺寸對反應(yīng)器制氫性能的影響，結(jié)果也表明為了獲得良好的反應(yīng)性能，水醇比存在最佳值，并且反應(yīng)溫度和進(jìn)口流速應(yīng)相互協(xié)調(diào)，另外，通道尺寸對反應(yīng)性能影響也很大

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