微型甲醇重整制氢反应器结构设计与催化剂制备技术研究
发布时间：2021-06-26 19:41
化石燃料日趋枯竭,寻找无污染可再生的新型能源已经成为当今社会的一项重大课题。燃料电池技术利用氢能,是当今众多新技术平台中较为高效、洁净的一种。通过燃料电池可以将氢能方便地转换成电能和热能,且转化效率相比传统能源要高出很多。然而氢气储存运输困难,使得氢能暂时难以广泛应用。由于甲醇具有易得、易储存、低毒性、产氢反应温度低、氢碳比高、不含硫等优势,甲醇重整制氢方法受到了国内外的高度重视。本论文通过建立微型甲醇重整反应器结构模型,分析流场结构对甲醇重整制氢性能的影响;通过制备甲醇重整催化剂,分析催化剂组分及实验参数对甲醇重整制氢转换率的影响。论文首先建立了微型甲醇重整器结构模型,重点分析了单通道流场和平行流场结构。通过仿真分析单通道流场结构,从而确定合适的微通道尺寸;在此基础上进一步分析了平行流场结构对甲醇转化率的影响,利用层流模型的仿真分析流速及压力分布从而确定通道尺寸,利用化学反应的仿真分析结构的甲醇转化率等,通过以上分析最终确定平行流场结构的尺寸及通道数等。催化剂直接决定了甲醇重整制氢反应的性能优劣,本文使用Cu/ZnO/Al2O3作为甲醇水蒸...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
甲醇重整反应器结构[4]
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-3-(a)反应器结构图(b)甲醇转化率随温度变化图图1-2不锈钢材料制成的甲醇水蒸气重整器[7]王峰[9]等设计了一种将液态反应物的预热、汽化、过热和反应功能集成在一起的微反应器，如图1-3a)，反应段为60mm*50mm*3.5mm的矩形区域。实验使用催化剂为65%CuO,8%ZnO,8%Al2O3,2%其他。在水醇比为1.3、压力0.1MPa、液体空速为0.2h-1、250℃的条件下，甲醇转化率接近100%，如图1-3b）。(a)流场结构图(b)仿真及实验的甲醇转化率图1-3王峰等设计的甲醇重整反应器[9]ArunabhaKundu[10]等开发了一种甲醇蒸汽重整微通道反应器，其结构如图1-4所示，流场结构为平行流场，反应板的尺寸为:宽40mm，长62mm。每个通道宽3mm，长37mm，通道总数为40，有38个翅。每个翅的宽度为0.3mm,通道厚度0.2mm。微通道板采用不锈钢板，使用工业催化剂种CuO/ZnO/Al2O3,一块板上涂敷的催化剂量为45g，催化剂层厚度为25μm。通过实验测试，得出：在液体进料量为0.01mL/min，原料中水与甲醇的摩尔比为2:1，290℃下甲醇的转化率为99.3%,产氢速率为0.025mol/h。这一产氢速率相当于氢能1.6W。
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-3-(a)反应器结构图(b)甲醇转化率随温度变化图图1-2不锈钢材料制成的甲醇水蒸气重整器[7]王峰[9]等设计了一种将液态反应物的预热、汽化、过热和反应功能集成在一起的微反应器，如图1-3a)，反应段为60mm*50mm*3.5mm的矩形区域。实验使用催化剂为65%CuO,8%ZnO,8%Al2O3,2%其他。在水醇比为1.3、压力0.1MPa、液体空速为0.2h-1、250℃的条件下，甲醇转化率接近100%，如图1-3b）。(a)流场结构图(b)仿真及实验的甲醇转化率图1-3王峰等设计的甲醇重整反应器[9]ArunabhaKundu[10]等开发了一种甲醇蒸汽重整微通道反应器，其结构如图1-4所示，流场结构为平行流场，反应板的尺寸为:宽40mm，长62mm。每个通道宽3mm，长37mm，通道总数为40，有38个翅。每个翅的宽度为0.3mm,通道厚度0.2mm。微通道板采用不锈钢板，使用工业催化剂种CuO/ZnO/Al2O3,一块板上涂敷的催化剂量为45g，催化剂层厚度为25μm。通过实验测试，得出：在液体进料量为0.01mL/min，原料中水与甲醇的摩尔比为2:1，290℃下甲醇的转化率为99.3%,产氢速率为0.025mol/h。这一产氢速率相当于氢能1.6W。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Ni-Cu双金属催化剂上乙醇水蒸气重整制氢研究——制备方法对催化性能的影响[J]. 连晨帅,代蓉,田韧,吴旭,安霞,谢鲜梅. 分子催化. 2019(04)
[2]甲醇水蒸气重整制氢研究进展[J]. 苏海兰,史立杰,高珠,常俊石. 工业催化. 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]微型反应器中甲醇水蒸气重整制氢研究[J]. 王锋,李隆键,漆波,崔文智,辛明道,陈清华,邓联锋. 西安交通大学学报. 2008(04)
[5]微型套管式制氢反应器中物流分布的研究[J]. 穆昕,潘立卫,王树东. 现代化工. 2008(02)
[6]甲醇重整反应中Pt/γ-Al2O3催化剂纳米Pt粒径与催化性能关系研究[J]. 毕迎普,吕功煊,耿东生,毕玉水. 化学学报. 2005(09)
[7]燃料电池甲醇重整制氢研究进展[J]. 张菊香,史鹏飞,张新荣,刘春涛. 电池. 2004(05)
博士论文
[1]甲醇水蒸气重整制氢催化剂的研究[D]. 张磊.大连理工大学 2013
硕士论文
[1]柔性甲醇水蒸汽重整制氢Cu基结构化催化剂的设计[D]. 邓小倩.华东理工大学 2019
[2]微型甲醇水蒸气重整器结构设计研究[D]. 陈俊宇.哈尔滨工业大学 2017
[3]Pr和Sm改性的镍基和铜基催化剂在甲醇水蒸气重整制氢中的研究[D]. 雷艳秋.昆明理工大学 2017
[4]余热回收式甲醇水蒸气重整制氢微反应器性能研究[D]. 刘艳云.重庆大学 2017
[5]微型甲醇重整器陶瓷膜载体铜基催化剂的制备[D]. 脱艳景.哈尔滨工业大学 2016
本文编号：3251959
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
甲醇重整反应器结构[4]
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-3-(a)反应器结构图(b)甲醇转化率随温度变化图图1-2不锈钢材料制成的甲醇水蒸气重整器[7]王峰[9]等设计了一种将液态反应物的预热、汽化、过热和反应功能集成在一起的微反应器，如图1-3a)，反应段为60mm*50mm*3.5mm的矩形区域。实验使用催化剂为65%CuO,8%ZnO,8%Al2O3,2%其他。在水醇比为1.3、压力0.1MPa、液体空速为0.2h-1、250℃的条件下，甲醇转化率接近100%，如图1-3b）。(a)流场结构图(b)仿真及实验的甲醇转化率图1-3王峰等设计的甲醇重整反应器[9]ArunabhaKundu[10]等开发了一种甲醇蒸汽重整微通道反应器，其结构如图1-4所示，流场结构为平行流场，反应板的尺寸为:宽40mm，长62mm。每个通道宽3mm，长37mm，通道总数为40，有38个翅。每个翅的宽度为0.3mm,通道厚度0.2mm。微通道板采用不锈钢板，使用工业催化剂种CuO/ZnO/Al2O3,一块板上涂敷的催化剂量为45g，催化剂层厚度为25μm。通过实验测试，得出：在液体进料量为0.01mL/min，原料中水与甲醇的摩尔比为2:1，290℃下甲醇的转化率为99.3%,产氢速率为0.025mol/h。这一产氢速率相当于氢能1.6W。
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-3-(a)反应器结构图(b)甲醇转化率随温度变化图图1-2不锈钢材料制成的甲醇水蒸气重整器[7]王峰[9]等设计了一种将液态反应物的预热、汽化、过热和反应功能集成在一起的微反应器，如图1-3a)，反应段为60mm*50mm*3.5mm的矩形区域。实验使用催化剂为65%CuO,8%ZnO,8%Al2O3,2%其他。在水醇比为1.3、压力0.1MPa、液体空速为0.2h-1、250℃的条件下，甲醇转化率接近100%，如图1-3b）。(a)流场结构图(b)仿真及实验的甲醇转化率图1-3王峰等设计的甲醇重整反应器[9]ArunabhaKundu[10]等开发了一种甲醇蒸汽重整微通道反应器，其结构如图1-4所示，流场结构为平行流场，反应板的尺寸为:宽40mm，长62mm。每个通道宽3mm，长37mm，通道总数为40，有38个翅。每个翅的宽度为0.3mm,通道厚度0.2mm。微通道板采用不锈钢板，使用工业催化剂种CuO/ZnO/Al2O3,一块板上涂敷的催化剂量为45g，催化剂层厚度为25μm。通过实验测试，得出：在液体进料量为0.01mL/min，原料中水与甲醇的摩尔比为2:1，290℃下甲醇的转化率为99.3%,产氢速率为0.025mol/h。这一产氢速率相当于氢能1.6W。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Ni-Cu双金属催化剂上乙醇水蒸气重整制氢研究——制备方法对催化性能的影响[J]. 连晨帅,代蓉,田韧,吴旭,安霞,谢鲜梅. 分子催化. 2019(04)
[2]甲醇水蒸气重整制氢研究进展[J]. 苏海兰,史立杰,高珠,常俊石. 工业催化. 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]微型反应器中甲醇水蒸气重整制氢研究[J]. 王锋,李隆键,漆波,崔文智,辛明道,陈清华,邓联锋. 西安交通大学学报. 2008(04)
[5]微型套管式制氢反应器中物流分布的研究[J]. 穆昕,潘立卫,王树东. 现代化工. 2008(02)
[6]甲醇重整反应中Pt/γ-Al2O3催化剂纳米Pt粒径与催化性能关系研究[J]. 毕迎普,吕功煊,耿东生,毕玉水. 化学学报. 2005(09)
[7]燃料电池甲醇重整制氢研究进展[J]. 张菊香,史鹏飞,张新荣,刘春涛. 电池. 2004(05)
博士论文
[1]甲醇水蒸气重整制氢催化剂的研究[D]. 张磊.大连理工大学 2013
硕士论文
[1]柔性甲醇水蒸汽重整制氢Cu基结构化催化剂的设计[D]. 邓小倩.华东理工大学 2019
[2]微型甲醇水蒸气重整器结构设计研究[D]. 陈俊宇.哈尔滨工业大学 2017
[3]Pr和Sm改性的镍基和铜基催化剂在甲醇水蒸气重整制氢中的研究[D]. 雷艳秋.昆明理工大学 2017
[4]余热回收式甲醇水蒸气重整制氢微反应器性能研究[D]. 刘艳云.重庆大学 2017
[5]微型甲醇重整器陶瓷膜载体铜基催化剂的制备[D]. 脱艳景.哈尔滨工业大学 2016
本文编号：3251959
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