化石燃料日趨枯竭,尋找無污染可再生的新型能源已經成為當今社會的一項重大課題。燃料電池技術利用氫能,是當今眾多新技術平臺中較為高效、潔凈的一種。通過燃料電池可以將氫能方便地轉換成電能和熱能,且轉化效率相比傳統(tǒng)能源要高出很多。然而氫氣儲存運輸困難,使得氫能暫時難以廣泛應用。由于甲醇具有易得、易儲存、低毒性、產氫反應溫度低、氫碳比高、不含硫等優(yōu)勢,甲醇重整制氫方法受到了國內外的高度重視。本論文通過建立微型甲醇重整反應器結構模型,分析流場結構對甲醇重整制氫性能的影響;通過制備甲醇重整催化劑,分析催化劑組分及實驗參數(shù)對甲醇重整制氫轉換率的影響。論文首先建立了微型甲醇重整器結構模型,重點分析了單通道流場和平行流場結構。通過仿真分析單通道流場結構,從而確定合適的微通道尺寸;在此基礎上進一步分析了平行流場結構對甲醇轉化率的影響,利用層流模型的仿真分析流速及壓力分布從而確定通道尺寸,利用化學反應的仿真分析結構的甲醇轉化率等,通過以上分析最終確定平行流場結構的尺寸及通道數(shù)等。催化劑直接決定了甲醇重整制氫反應的性能優(yōu)劣,本文使用Cu/ZnO/Al₂O₃作為甲醇水蒸... 

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

【文章頁數(shù)】：61 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

甲醇重整反應器結構[4]

哈爾濱工業(yè)大學工程碩士學位論文-3-(a)反應器結構圖(b)甲醇轉化率隨溫度變化圖圖1-2不銹鋼材料制成的甲醇水蒸氣重整器[7]王峰[9]等設計了一種將液態(tài)反應物的預熱、汽化、過熱和反應功能集成在一起的微反應器，如圖1-3a)，反應段為60mm*50mm*3.5mm的矩形區(qū)域。實驗使用催化劑為65%CuO,8%ZnO,8%Al2O3,2%其他。在水醇比為1.3、壓力0.1MPa、液體空速為0.2h-1、250℃的條件下，甲醇轉化率接近100%，如圖1-3b）。(a)流場結構圖(b)仿真及實驗的甲醇轉化率圖1-3王峰等設計的甲醇重整反應器[9]ArunabhaKundu[10]等開發(fā)了一種甲醇蒸汽重整微通道反應器，其結構如圖1-4所示，流場結構為平行流場，反應板的尺寸為:寬40mm，長62mm。每個通道寬3mm，長37mm，通道總數(shù)為40，有38個翅。每個翅的寬度為0.3mm,通道厚度0.2mm。微通道板采用不銹鋼板，使用工業(yè)催化劑種CuO/ZnO/Al2O3,一塊板上涂敷的催化劑量為45g，催化劑層厚度為25μm。通過實驗測試，得出：在液體進料量為0.01mL/min，原料中水與甲醇的摩爾比為2:1，290℃下甲醇的轉化率為99.3%,產氫速率為0.025mol/h。這一產氫速率相當于氫能1.6W。

哈爾濱工業(yè)大學工程碩士學位論文-3-(a)反應器結構圖(b)甲醇轉化率隨溫度變化圖圖1-2不銹鋼材料制成的甲醇水蒸氣重整器[7]王峰[9]等設計了一種將液態(tài)反應物的預熱、汽化、過熱和反應功能集成在一起的微反應器，如圖1-3a)，反應段為60mm*50mm*3.5mm的矩形區(qū)域。實驗使用催化劑為65%CuO,8%ZnO,8%Al2O3,2%其他。在水醇比為1.3、壓力0.1MPa、液體空速為0.2h-1、250℃的條件下，甲醇轉化率接近100%，如圖1-3b）。(a)流場結構圖(b)仿真及實驗的甲醇轉化率圖1-3王峰等設計的甲醇重整反應器[9]ArunabhaKundu[10]等開發(fā)了一種甲醇蒸汽重整微通道反應器，其結構如圖1-4所示，流場結構為平行流場，反應板的尺寸為:寬40mm，長62mm。每個通道寬3mm，長37mm，通道總數(shù)為40，有38個翅。每個翅的寬度為0.3mm,通道厚度0.2mm。微通道板采用不銹鋼板，使用工業(yè)催化劑種CuO/ZnO/Al2O3,一塊板上涂敷的催化劑量為45g，催化劑層厚度為25μm。通過實驗測試，得出：在液體進料量為0.01mL/min，原料中水與甲醇的摩爾比為2:1，290℃下甲醇的轉化率為99.3%,產氫速率為0.025mol/h。這一產氫速率相當于氫能1.6W。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]Ni-Cu雙金屬催化劑上乙醇水蒸氣重整制氫研究——制備方法對催化性能的影響[J]. 連晨帥,代蓉,田韌,吳旭,安霞,謝鮮梅.  分子催化. 2019(04)
[2]甲醇水蒸氣重整制氫研究進展[J]. 蘇海蘭,史立杰,高珠,�？∈�.  工業(yè)催化. 2019(04)
[3]Study on Performance of Laminated Porous Metal Fiber Sintered Felt as Catalyst Support for Methanol Steam Reforming Microreactor[J]. Ke Yuzhi,Zhou Wei,Tang Xiaojin,Zhang Jinlei,Yu Wei,Zhang Junpeng.  China Petroleum Processing & Petrochemical Technology. 2017(01)
[4]微型反應器中甲醇水蒸氣重整制氫研究[J]. 王鋒,李隆鍵,漆波,崔文智,辛明道,陳清華,鄧聯(lián)鋒.  西安交通大學學報. 2008(04)
[5]微型套管式制氫反應器中物流分布的研究[J]. 穆昕,潘立衛(wèi),王樹東.  現(xiàn)代化工. 2008(02)
[6]甲醇重整反應中Pt/γ-Al2O3催化劑納米Pt粒徑與催化性能關系研究[J]. 畢迎普,呂功煊,耿東生,畢玉水.  化學學報. 2005(09)
[7]燃料電池甲醇重整制氫研究進展[J]. 張菊香,史鵬飛,張新榮,劉春濤.  電池. 2004(05)

博士論文
[1]甲醇水蒸氣重整制氫催化劑的研究[D]. 張磊.大連理工大學 2013

碩士論文
[1]柔性甲醇水蒸汽重整制氫Cu基結構化催化劑的設計[D]. 鄧小倩.華東理工大學 2019
[2]微型甲醇水蒸氣重整器結構設計研究[D]. 陳俊宇.哈爾濱工業(yè)大學 2017
[3]Pr和Sm改性的鎳基和銅基催化劑在甲醇水蒸氣重整制氫中的研究[D]. 雷艷秋.昆明理工大學 2017
[4]余熱回收式甲醇水蒸氣重整制氫微反應器性能研究[D]. 劉艷云.重慶大學 2017
[5]微型甲醇重整器陶瓷膜載體銅基催化劑的制備[D]. 脫艷景.哈爾濱工業(yè)大學 2016



本文編號：3251959