氫能具有能量密度高和溫室氣體排放量少的特點,是一種很有潛力的替代燃料。燃料電池技術(shù)是一種高效利用氫能的技術(shù),在汽車、船舶等可移動設(shè)備上具有很大的應(yīng)用前景,目前氫燃料電池中的供氫問題制約了氫能和燃料電池的廣泛應(yīng)用。運用甲醇蒸汽重整進(jìn)行現(xiàn)場制氫成為有效解決上述問題的途徑之一,然而反應(yīng)物的均勻分配對微通道反應(yīng)器內(nèi)制氫性能具有重要影響,本課題針對一種新型歧管結(jié)構(gòu)的微通道反應(yīng)器進(jìn)行甲醇蒸汽重整制氫性能的研究。反應(yīng)物流量的均勻分配有利于提高反應(yīng)器的傳熱傳質(zhì)特性,從而影響甲醇蒸汽制氫反應(yīng)的性能。在制氫反應(yīng)器中引入新型樹狀歧管進(jìn)口結(jié)構(gòu),對不同級數(shù)的歧管結(jié)構(gòu)進(jìn)行流量分配均勻性實驗,與數(shù)值模擬結(jié)果對比,驗證該歧管結(jié)構(gòu)具有較好的反應(yīng)物流量均勻性。在此基礎(chǔ)上,確定微通道反應(yīng)器的尺寸參數(shù),進(jìn)行制氫實驗系統(tǒng)的搭建。在新型微通道反應(yīng)器中采用商用Cu/ZnO/Al2O3催化劑,通過實驗研究操作條件對甲醇蒸汽反應(yīng)性能的影響。分別研究了水醇比、液體空速、反應(yīng)溫度與催化劑粒徑對甲醇轉(zhuǎn)化率、氫氣產(chǎn)率以及產(chǎn)物中各氣體含量等制氫性能系數(shù)的影響,總結(jié)實驗規(guī)律并提出本系統(tǒng)適宜的工況。實驗結(jié)果表明,當(dāng)催化劑粒徑分布150-200目（7... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

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【學(xué)位級別】：碩士

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圖１－１管式反應(yīng)器結(jié)構(gòu)圖＾??目前，管式反應(yīng)器內(nèi)甲醇重整是一種相對成熟的技術(shù)，但軸向溫度梯度大和??催化劑的燒結(jié)導(dǎo)致反應(yīng)器內(nèi)的壓降增大等問題，限制了其在工業(yè)上的進(jìn)一步應(yīng)用

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文??＾ＧｒｉｂｏｖｓｋｉｙＭ提出了一種自熱型的管式反應(yīng)器，如圖１－１所示，該反應(yīng)器蒸發(fā)??器、進(jìn)料系統(tǒng)、兩層膜、負(fù)載催化劑的催化單元、和一個焊有入口及出口的外殼。??催化單元是由一個用于甲醇蒸汽重整的中心區(qū)域（直徑３０ｍｍ）和一個甲醇放熱氧??化的外環(huán)區(qū)域（內(nèi)徑３６ｍｍ、外徑５２ｍｍ）組成。制氫實驗與數(shù)值模擬的結(jié)果表明，??系統(tǒng)甲醇氧化放熱和制氫吸熱的效率受到反應(yīng)溫度和入口流速的影響，當(dāng)反應(yīng)溫??度為２９０°＿Ｃ、甲醇摩爾流速為１０ｍｍｏｌ／ｍｉｎ時，系統(tǒng)效率達(dá)到最大為５７％，此時??甲醇轉(zhuǎn)化率為８２％，產(chǎn)氫率為３０．６?Ｌ／ｈ。??ｎｉｔ?ｆｉ?＇Ｓｍ?？??ｃ—，ｙ??蒸發(fā)器??圖１－１管式反應(yīng)器結(jié)構(gòu)圖＾??目前，管式反應(yīng)器內(nèi)甲醇重整是一種相對成熟的技術(shù)，但軸向溫度梯度大和??催化劑的燒結(jié)導(dǎo)致反應(yīng)器內(nèi)的壓降增大等問題，限制了其在工業(yè)上的進(jìn)一步應(yīng)用。??板式反應(yīng)器通常集成甲醇吸熱反應(yīng)和放熱反應(yīng)，通過隔板進(jìn)行熱量傳遞為重整反??應(yīng)提供熱源，具有結(jié)構(gòu)緊湊、容易擴大規(guī)模、換熱性能好等特點［１Ｍ９］。??１５＊?１４＊?１３＂??ｉ：三丨�。�?Ａ＼Ｘ＼．ＶＷ＼＼Ａ??１—孓３?＊￥Ｔ—＇?分配＾？燃燒尾氣帶孔板翅結(jié)構(gòu)＾??￣?Ｙ?ｃｈ；ｏｈ＋ｈ２ｏ??ａ）配置圖?ｂ）反應(yīng)器結(jié)構(gòu)圖??圖１－２板翅式反應(yīng)器［２Ｗ??Ｐａｎ等設(shè)計了一種將吸熱和放熱反應(yīng)集成到一個單元中的板翅式反應(yīng)器??（卩？１〇，尺寸為１５〇１１１１１１＼１２５１１１１１１＼４〇１１１１１１，如圖１－２所示。該？？１１單元由一個??重整室、兩個蒸發(fā)室和兩個燃燒室組成，增加腔室數(shù)便可達(dá)到集成擴大的目的。??實驗結(jié)

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文??增強反應(yīng)器的傳熱性能，同時達(dá)到高甲醇轉(zhuǎn)化率和低Ｃ０濃度的效果。??隨著微加工技術(shù)的發(fā)展，結(jié)構(gòu)尺寸更小的微反應(yīng)器得到了更多的關(guān)注。相較??于管式反應(yīng)器和板式反應(yīng)器等傳統(tǒng)反應(yīng)器，微反應(yīng)器具有更高的表面積體積比以??及更好的傳熱傳質(zhì)性能，有利于制氫催化劑利用率的提高及制氫性能的提高，容??易實現(xiàn)規(guī)模的擴大及與燃料電池的集成化。目前，用于甲醇重整制氫微反應(yīng)器主??要有有蛇形通道、平行通道、柱形交叉通道、徑向流動通道及其它形式微反應(yīng)器［２１］，??如圖１－３所示。??ｉｉｉ?闕??ａ）蛇形通道?ｂ）平行通道?ｃ）柱形交叉通道?ｄ）徑向流動通道??圖１－３常見微通道反應(yīng)器類型［２１］??Ｋａｗａｍｕｒａ等［２２］以硅為反應(yīng)器材料，制造了一種蛇形通道微反應(yīng)器的小型甲醇??重整裝置，如圖１－４所示，反應(yīng)器尺寸為２５ｘ１７ｘ１．３?ｍｍ３，通道總長為３３３?ｍｍ，??截面積為０．６ｘ〇．４?ｍｍ２。在入口流速為１．６?ｍＬ／ｈ反應(yīng)條件下的重整制氫實驗結(jié)果表??明，高性能的催化劑可以比使用商用催化劑獲得更高的產(chǎn)氫率，產(chǎn)氫率能達(dá)到０．０５??ｍｏｌ／ｈ，基于較低的氫氣熱值２４１?Ｘ?１０３?Ｊ／?ｍｏｌ，該氫氣產(chǎn)生率對應(yīng)于３．３?Ｗ的氫氣??功率，該微反應(yīng)器被證明能夠維持適合于１Ｗ級設(shè)備（如移動電話）的產(chǎn)氫率。??＾?ｙ薄膜加熱器?■??二氧化娃層■??■??漏?ｌｊ＼?？■板?｜?＝＾１??ａ）二維模型?ｂ）微通道結(jié)構(gòu)圖??圖ｉ＿４小型甲醇重整裝置？??Ｓｏｈｎ等ｔ２３］提出了一種自熱型的甲醇蒸汽重整制氫微通道反應(yīng)器，其結(jié)構(gòu)如圖??１－５所示。反應(yīng)薄片是含有１２條長１００?ｍｍ、寬４５０?

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
[1]甲醇水蒸氣重整制氫過程強化特性研究[D]. 王國強.重慶大學(xué) 2014



本文編號：3442111