小型甲醇制氢系统的设计与研究

发布时间：2020-05-25 06:49

【摘要】：随着能源和环境问题的日益严峻,清洁能源的发展与能源利用的新方法成为研究热点,而氢能燃料电池由于清洁高效的特点成为能源领域的新星,但是氢气来源限制了其技术的推广。设计一款小型化、模块化、便携式的原位制氢装置成为一个很好的突破口。本文通过模拟与实验结合的方式,选用甲醇和水的混合溶液作为重整制氢的原料,在实验的基础上,确定动力学参数,并将所得到的动力学参数应用到COMSOL Multiphysics 5.3的模拟中,模拟结果显示与实验的结果相符合。设计集成反应器的几何模型,在COMSOL Multiphysics 5.3中建模,通过模拟优化反应器的结构和反应条件,验证所设计的小型甲醇制氢集成反应器作为氢燃料电池氢源的可行性。具体实验结果如下:(1)ASPEN PLUS的模拟结果显示实验适宜条件为常压,反应温度范围200~280℃,水醇摩尔比在范围1.0~2.8。此时尾气中CO的含量为17 ppm;(2)以甲醇蒸汽重整催化剂制氢实测数据为基础,进行非线性拟合得到的甲醇蒸汽重整制氢模型的反应速率常数:k_(SR)=1.5×10~7exp(-_(RT)~(86.7)),k_(rWGS)=8.2×10~6exp(-_(RT)~(66.8))(3)在COMSOL Multiphysics 5.3中建立实验所使用的固定床反应器几何模型,并带入上一章的动力学模型和反应速率常数,结合反应器传热传质特性进行模拟分析。经模拟发现反应器制氢模拟结果与实验结果一致,说明在COMSOL Multiphysics 5.3中的参数设置和所选动力学模型及反应速率常数可靠,可以用于下一步小型化甲醇制氢反应器的设计与模拟。(4)在COMSOL Multiphysics 5.3中建立小型化甲醇制氢反应器的模型并模拟,研究结果表明:当入口温度为240℃、水醇摩尔比为2.0、停留时间为0.15 h时,出口气体中CO的含量可以降至5.3 ppm,能够满足质子交换膜燃料电池的工作条件,证明了小型制氢反应器直接给燃料电池供氢的可行性。
【图文】：

图 1.1 自热式氧化重整反应器Fig. 1.1 Auto-thermal reforming reactor有结构简单、加工方便、反应催化剂更换方便等对较差等缺点，研究发现，管式反应器的管径对，研究者们进行了各种设计，其中有一种利用催并减小管式反应的反应器半径。Bravo[95]等所设计的一种铜基催化剂对反应器内管进行涂层，，研究增强传热效果，增强催化剂的性能。也研究了这种涂层的方法，在反应器的内壁制备了用这种方法在温度低于 200℃时，甲醇的转化率可7 mol/L，此管式反应器性能较好，但其制作过程复器是利用特殊的加工工艺生产出来的微型的催化反

第1 章 文献综述换装填较复杂，设计制造成本较高。微通道反应器的微加工技术应用于制作不同、微型重整器、微型催化燃烧器和微型部分了一款微通道反应器，反应器的结构如图(b)是反应器的蜂窝陶瓷主体，1.2(c)所示是道中装填不同类型的催化剂。文中分别装填应同时进行如图 1.2(d)所示，实验结果表明，醇的转化率也达到了 90%以上。
【学位授予单位】：中国石油大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ116.2

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本文编号：2679747