本文選題：氨分解制氫 + 燃料電池�。� 參考：《華東理工大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：氫能是本世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿Φ膽?zhàn)略能源,而燃料電池技術(shù)是氫能轉(zhuǎn)化的重要方式。論文利用gPROMS軟件建立數(shù)學(xué)模型,對以氨氣為原料制氫氣并應(yīng)用于燃料電池的過程進(jìn)行理論計算,研究內(nèi)容有重要的現(xiàn)實(shí)意義。將氨氣作為原料制備氫氣并用于燃料電池發(fā)電過程分為氨分解制氫、殘余氨氣吸附、氫氣-氮?dú)饽し蛛x、質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)電等多個模塊。設(shè)計了管殼式自熱型氨分解反應(yīng)器,管內(nèi)為氨氣的催化反應(yīng),管外殼程為氫氣非均相催化燃燒。并流操作條件下,氫燃燒產(chǎn)生的高溫正好與高氨氣濃度對應(yīng),反應(yīng)器效率很高,可以達(dá)到高的氨分解轉(zhuǎn)化率。利用活性炭纖維對反應(yīng)殘余的氨氣進(jìn)行吸附、脫除,吸附裝置在相當(dāng)長時間內(nèi)不會出現(xiàn)吸附飽和現(xiàn)象。利用負(fù)載金屬鈀的中空纖維膜與氮?dú)浠旌蠚怏w進(jìn)行分離,氫氣分壓差是膜分離器的推動力。當(dāng)膜管內(nèi)、外的氫氣分壓相同時,分離裝置達(dá)到平衡狀態(tài),即分離效率的極限。質(zhì)子交換膜燃料電池的輸出功率一定,低電流、高電壓工況對應(yīng)的電池板數(shù)多；高電流、低電壓工況對應(yīng)的電池板數(shù)少。利用換熱器對物流進(jìn)行溫度調(diào)整,連接不同的操作單元,建立氨分解制氫用于燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的全流程。設(shè)計循環(huán)回路,充分利用膜分離裝置滯留側(cè)的氫氣對氨分解反應(yīng)器進(jìn)行燃燒供熱�？紤]系統(tǒng)中冷、熱流體的相互換熱,針對簡化的氨分解制氫發(fā)電流程,設(shè)計具體的熱集成方案。模擬結(jié)果表明,氫氣回流燃燒為整個集成系統(tǒng)提供熱能,只有保證氨分解反應(yīng)完全,系統(tǒng)的氫氣總回收率最高,可以達(dá)到84.36%,而質(zhì)子交換膜燃料電池(N=60)的發(fā)電效率為67.28%。
[Abstract]:Hydrogen energy is the most potential strategic energy in this century, and fuel cell technology is an important way of hydrogen energy conversion. In this paper, a mathematical model is established by using gPROMS software to calculate the process of hydrogen production from ammonia gas and its application in fuel cell. The research content has important practical significance Ammonia is used as raw material to produce hydrogen and used in fuel cell power generation process, which is divided into several modules, such as ammonia decomposition, residual ammonia adsorption, hydrogen nitrogen membrane separation, proton exchange membrane fuel cell power generation and so on. A tubular and shell type ammonia decomposition reactor was designed. The catalytic reaction of ammonia gas in the tube and the heterogeneous catalytic combustion of hydrogen in the tube shell were designed. Under the condition of parallel flow operation, the high temperature produced by hydrogen combustion corresponds to the high ammonia concentration, the reactor efficiency is very high, and the conversion rate of ammonia decomposition can be achieved. Activated carbon fiber (ACF) was used to adsorb and remove the residual ammonia from the reaction, and the adsorption device did not appear the phenomenon of adsorption saturation for a long time. The hollow fiber membrane loaded with palladium was separated from the mixture of nitrogen and hydrogen, and the hydrogen partial pressure difference was the driving force of the membrane separator. When the hydrogen pressure inside and outside the membrane tube is the same, the separation device reaches the equilibrium state, that is, the limit of separation efficiency. The output power of proton exchange membrane fuel cell is constant, the number of panels corresponding to low current and high voltage condition is many, and the number of panels corresponding to high current and low voltage condition is less. The heat exchanger is used to adjust the temperature of the material flow and connect different operation units to establish the whole process of ammonia decomposition for hydrogen production in fuel cell power generation system. The cycle loop is designed to make full use of the hydrogen from the retention side of the membrane separator to heat the ammonia decomposition reactor. Considering the heat transfer between cooling and heat fluids in the system, a specific heat integration scheme is designed for the simplified ammonia decomposition hydrogen generation process. The simulation results show that the reflux combustion of hydrogen can provide heat energy for the whole integrated system, only the ammonia decomposition reaction is complete, the total hydrogen recovery of the system is the highest, and the total hydrogen recovery can reach 84.36, while the generation efficiency of the proton exchange membrane fuel cell (NC60) is 67.28.
【學(xué)位授予單位】：華東理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TQ116.2;TM911.4

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