氫氣燃燒只產(chǎn)生水,不產(chǎn)生硫化物及碳?xì)浠衔?因此氫氣被稱為零碳燃料。工業(yè)上,甲烷重整制氫是采用較多的制氫方法,主要包括甲烷蒸汽重整制氫（Steam Methane Reforming,SMR）和甲烷自熱重整制氫（Auto-thermal Reforming of Methane,ATR）。但是,甲烷重整制氫過程需要輸入大量的熱能,因此需要清潔的能源供熱。太陽能是一種普遍、無害且能量巨大的清潔能源,將其作為甲烷重整制氫的熱源是非常有優(yōu)勢(shì)的。另外,工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量的高溫?zé)煔?其蘊(yùn)含的熱能還未被有效利用,因此可以將高溫?zé)煔怦詈咸柲茏鳛橹卣茪浞磻?yīng)的熱源。本文設(shè)計(jì)了熱量耦合利用的甲烷重整制氫系統(tǒng),對(duì)高溫?zé)煔夤岬腟MR反應(yīng)器內(nèi)傳輸特性和影響因素進(jìn)行了數(shù)值分析。進(jìn)一步針對(duì)ATR反應(yīng)器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),研究了操作參數(shù)、材料參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)反應(yīng)過程和反應(yīng)器性能的影響。論文首先針對(duì)太陽能耦合高溫?zé)煔夤岬募淄橹卣茪湎到y(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。選擇碟形拋物面聚光系統(tǒng),將蓄熱器和接收器結(jié)合起來,實(shí)現(xiàn)熱量的儲(chǔ)存和利用。由質(zhì)量和熱量衡算,結(jié)合對(duì)國內(nèi)外太陽能高溫?zé)崂孟到y(tǒng)效率的調(diào)研,根據(jù)所研究的反應(yīng)器尺寸,確定了相變材... 

【文章來源】：重慶大學(xué)重慶市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：95 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

050年全球能源資源分布

韉拇?卻?市閱堋?1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1太陽能熱化學(xué)制氫方法目前，采用太陽能作為熱源，通過碳?xì)淙剂习l(fā)生化學(xué)反應(yīng)制取氫氣的技術(shù)被稱為太陽能熱化學(xué)制氫方法[10]，對(duì)其的研究在反應(yīng)器和催化劑等研究領(lǐng)域已取得突出成果[11]。但是，此技術(shù)尚不成熟、存在許多實(shí)際應(yīng)用上的問題，故仍具有較大的發(fā)展空間[12]。下面介紹作用于不同溫度范圍的太陽能熱化學(xué)制氫過程[13]。洪慧等[14-17]提出了一種新型的太陽熱化學(xué)制氫方法，將甲醇蒸汽重整反應(yīng)和中、低溫太陽能熱能整合，形成低品位的太陽能與燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)互補(bǔ)系統(tǒng)。圖1.2為利用的中、低溫太陽熱能（150-300℃）驅(qū)動(dòng)甲醇重整產(chǎn)氫反應(yīng)的原理圖。甲醇吸熱重整反應(yīng)將低品位太陽能轉(zhuǎn)換為合成氣中的高品位化學(xué)能，合成氣包括一氧化碳和氫氣，合成氣燃燒后驅(qū)動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)做功。這樣的能量轉(zhuǎn)換過程具有以下優(yōu)點(diǎn)：將太陽能從低品位的物理能提升到高品位的化學(xué)能；合成氣可通過燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)行熱轉(zhuǎn)功。圖1.2太陽能驅(qū)動(dòng)甲醇重整反應(yīng)原理圖[14]Fig.1.2Principlediagramofmethanolreformingreactiondrivenbysolarenergy

1緒論3劉啟斌等[18-20]搭建了太陽能推動(dòng)甲醇熱解反應(yīng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，實(shí)驗(yàn)裝置如圖1.3。系統(tǒng)使用5kW的太陽能反應(yīng)器在150-300℃和大氣壓下進(jìn)行甲醇制氫實(shí)驗(yàn)，甲醇燃燒產(chǎn)生一氧化碳和氫氣，產(chǎn)物氣進(jìn)入燃燒室燃燒后與來自壓縮機(jī)的高壓氣體混合，一同進(jìn)入燃?xì)馔钙阶龉Α娜細(xì)馔钙街谐鰜淼臍怏w進(jìn)入雙壓余熱鍋爐，與來自冷凝器的液體進(jìn)行換熱，換熱后氣體進(jìn)入蒸氣透平做功。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)的太陽能發(fā)電效率達(dá)到35%，甲醇轉(zhuǎn)化率可以達(dá)到90%，每摩爾甲醇最大氫氣收率為2.65-2.90摩爾，反應(yīng)產(chǎn)物中氫氣濃度可達(dá)66%-74%，接近理論最大值，太陽能熱能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的熱化學(xué)效率在30-50%范圍內(nèi)，說明這種制氫方法在實(shí)際應(yīng)用中是可行的。另外，基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)還可以得出太陽能驅(qū)動(dòng)的甲醇蒸汽重整動(dòng)力學(xué)模型。圖1.3通州5kW太陽能熱化學(xué)熱解甲醇反應(yīng)器實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)[18]Fig.1.3Tongzhou5kWsolarthermalchemicalpyrolysismethanolreactorexperimentalsystem王艷娟[21]以廊坊中低溫太陽能——甲醇熱化學(xué)燃料轉(zhuǎn)換及發(fā)電實(shí)驗(yàn)平臺(tái)為基礎(chǔ)，如圖1.4所示。研究關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)對(duì)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換性能的影響規(guī)律，探究提高太陽能熱化學(xué)系統(tǒng)熱效率的方法，優(yōu)化中低溫太陽能吸收/反應(yīng)器流程。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，太陽能吸收/反應(yīng)器隨著其進(jìn)口面積的增加和出口面積的降低而提高，采用變直徑吸收/反應(yīng)管比傳統(tǒng)吸收/反應(yīng)管可得到更高的催化劑床層溫度。通過調(diào)節(jié)沿程太陽能聚光比和接受/反應(yīng)管的接收輻射量，可以改善系統(tǒng)效率。

【參考文獻(xiàn)】：
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碩士論文
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