發(fā)布時(shí)間：2020-05-25 06:49

【摘要】：隨著能源和環(huán)境問題的日益嚴(yán)峻,清潔能源的發(fā)展與能源利用的新方法成為研究熱點(diǎn),而氫能燃料電池由于清潔高效的特點(diǎn)成為能源領(lǐng)域的新星,但是氫氣來源限制了其技術(shù)的推廣。設(shè)計(jì)一款小型化、模塊化、便攜式的原位制氫裝置成為一個(gè)很好的突破口。本文通過模擬與實(shí)驗(yàn)結(jié)合的方式,選用甲醇和水的混合溶液作為重整制氫的原料,在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,確定動(dòng)力學(xué)參數(shù),并將所得到的動(dòng)力學(xué)參數(shù)應(yīng)用到COMSOL Multiphysics 5.3的模擬中,模擬結(jié)果顯示與實(shí)驗(yàn)的結(jié)果相符合。設(shè)計(jì)集成反應(yīng)器的幾何模型,在COMSOL Multiphysics 5.3中建模,通過模擬優(yōu)化反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)和反應(yīng)條件,驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的小型甲醇制氫集成反應(yīng)器作為氫燃料電池氫源的可行性。具體實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下:(1)ASPEN PLUS的模擬結(jié)果顯示實(shí)驗(yàn)適宜條件為常壓,反應(yīng)溫度范圍200~280℃,水醇摩爾比在范圍1.0~2.8。此時(shí)尾氣中CO的含量為17 ppm;(2)以甲醇蒸汽重整催化劑制氫實(shí)測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),進(jìn)行非線性擬合得到的甲醇蒸汽重整制氫模型的反應(yīng)速率常數(shù):k_(SR)=1.5×10~7exp(-_(RT)~(86.7)),k_(rWGS)=8.2×10~6exp(-_(RT)~(66.8))(3)在COMSOL Multiphysics 5.3中建立實(shí)驗(yàn)所使用的固定床反應(yīng)器幾何模型,并帶入上一章的動(dòng)力學(xué)模型和反應(yīng)速率常數(shù),結(jié)合反應(yīng)器傳熱傳質(zhì)特性進(jìn)行模擬分析。經(jīng)模擬發(fā)現(xiàn)反應(yīng)器制氫模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致,說明在COMSOL Multiphysics 5.3中的參數(shù)設(shè)置和所選動(dòng)力學(xué)模型及反應(yīng)速率常數(shù)可靠,可以用于下一步小型化甲醇制氫反應(yīng)器的設(shè)計(jì)與模擬。(4)在COMSOL Multiphysics 5.3中建立小型化甲醇制氫反應(yīng)器的模型并模擬,研究結(jié)果表明:當(dāng)入口溫度為240℃、水醇摩爾比為2.0、停留時(shí)間為0.15 h時(shí),出口氣體中CO的含量可以降至5.3 ppm,能夠滿足質(zhì)子交換膜燃料電池的工作條件,證明了小型制氫反應(yīng)器直接給燃料電池供氫的可行性。
【圖文】：

圖 1.1 自熱式氧化重整反應(yīng)器Fig. 1.1 Auto-thermal reforming reactor有結(jié)構(gòu)簡單、加工方便、反應(yīng)催化劑更換方便等對較差等缺點(diǎn)，研究發(fā)現(xiàn)，管式反應(yīng)器的管徑對，研究者們進(jìn)行了各種設(shè)計(jì)，其中有一種利用催并減小管式反應(yīng)的反應(yīng)器半徑。Bravo[95]等所設(shè)計(jì)的一種銅基催化劑對反應(yīng)器內(nèi)管進(jìn)行涂層，，研究增強(qiáng)傳熱效果，增強(qiáng)催化劑的性能。也研究了這種涂層的方法，在反應(yīng)器的內(nèi)壁制備了用這種方法在溫度低于 200℃時(shí)，甲醇的轉(zhuǎn)化率可7 mol/L，此管式反應(yīng)器性能較好，但其制作過程復(fù)器是利用特殊的加工工藝生產(chǎn)出來的微型的催化反

第1 章 文獻(xiàn)綜述換裝填較復(fù)雜，設(shè)計(jì)制造成本較高。微通道反應(yīng)器的微加工技術(shù)應(yīng)用于制作不同、微型重整器、微型催化燃燒器和微型部分了一款微通道反應(yīng)器，反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)如圖(b)是反應(yīng)器的蜂窩陶瓷主體，1.2(c)所示是道中裝填不同類型的催化劑。文中分別裝填應(yīng)同時(shí)進(jìn)行如圖 1.2(d)所示，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，醇的轉(zhuǎn)化率也達(dá)到了 90%以上。
【學(xué)位授予單位】：中國石油大學(xué)(北京)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TQ116.2

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本文編號：2679747